UNIVERSITATEA AGRARĂ DE STAT DIN MOLDOVA
Cu titlu de manuscris
C.Z.U.: 631.3; 620.952
CEREMPEI VALERIAN
TEHNOLOGIA ŞI MIJLOACELE TEHNICE DE PRODUCERE ŞI UTILIZARE
A BIOCOMBUSTIBILILOR ÎN BAZA ALCOOLILOR MONOATOMICI
255.01. TEHNOLOGII ŞI MIJLOACE TEHNICE ÎN AGRICULTURĂ ŞI
DEZVOLTAREA RURALĂ
Autoreferatul tezei de doctor habilitat în tehnică
CHIŞINĂU, 2016
2
Teza a fost elaborată în cadrul laboratorului Mijloace tehnice,
Institutul de Tehnica Agricolă “Mecagro”
Consultant ştiinţific: Hăbăşescu Ion, doctor habilitat în tehnică, membru
corespondent AŞM
Referenţi oficiali:
Marian Grigore, dr. hab. în tehnică, prof. univ., UASM
Serbin Vladimir, dr. hab. în tehnică, conf. univ., UASM
Dulgheru Valeriu, dr. hab. în tehnică, prof. univ., UTM
Componenţa Consiliului Ştiinţific Specializat:
Stoicev Petru, dr. hab. în tehnică, prof.univ., UTM - preşedinte CŞS
Gorobeț Vladimir, dr. în tehnică, conf.univ., UASM - secretar ştiinţific
Lacusta Ion, dr. în tehnică, prof.univ., UASM
Craciun Vasile, dr. în tehnică, ing., prof.univ., Universitatea Tehnică "Gh. Asachi",
Iaşi, România
Berzan Vladimir, dr. hab. în tehnică, prof. cerc., Institutul de Energetică al AȘM
Pobedinschi Victor, dr. hab. în tehnică, prof.univ., UASM
Volconovici Liviu, dr. hab. în tehnică, prof. univ., UASM
Javgureanu Vasile, dr. în tehnică, prof. univ., UTM
Susţinerea va avea loc la 16 decembrie, 2016, ora 09:00 , în şedinţa Consiliului Ştiinţific
Specializat D 60.255.01-03 din cadrul Universităţii Agrare de Stat din Moldova,
adresa: str. Mirceşti, 44, MD-2049, Chişinău, Republica Moldova, la facultatea
Ingineria Agrară și Transport Auto, aula 402 (str. Mircești 56).
Teza de doctor habilitat şi autoreferatul pot fi consultate la Biblioteca Universităţii
Agrare de Stat din Moldova şi pe pagina web a CNAA: www.cnaa.md
Autoreferatul a fost expediat la 10 noiembrie, 2016.
Secretar ştiinţific al Consiliului Ştiinţific Specializat D 60.255.01-03
______________________ dr. în tehn., conf. univ., Gorobeţ Vladimir
Consultant ştiinţific _________________ dr. hab. în tehn., membru cor. al AŞM,
Hăbăşescu Ion
Autor ________________________ dr. în tehn., Cerempei
Valerian
© Cerempei Valerian, 2016
3
REPERE CONCEPTUALE ALE CERCETĂRII
Actualitatea temei. Un loc important în asigurarea securităţii energetice a ţării
revine energiei înglobate în biomasă.Deşi acest tip de energie se foloseşte de către
omenire din momentul existenţei sale, volumul şi randamentul folosirii energiilor
regenerabile în ultimii ani cedează semnificativ combustibililor fosili.
Consumul cel mai mare de resurse energetice revine mijloacelor tenice dotate cu
motoare cu ardere internă (MAI), care actualmente folosesc cca 35% din volumul total al
resurselor energetice primare utilizate. Astăzi majoritatea motoarelor cu ardere internă
sunt alimentate cu benzină şi motorină care posedă performanţe şi costuri relativ înalte.
Însă preţurile la produsele petroliere oscilează, avînd trend de permanentă creştere. La
aceasta se mai adaugă poluarea aerului şi scăderea rezervelor de ţiţei, precum şi faptul că
cele mai mari rezerve de petrol se află în zone geopolitice sensibile. În această situaţie
căutarea unor înlocuitori siguri ai combustibilior fosili este o problemă actuală , care
trebuie rezolvată în baza unor argumentări complexe bazate pe cercetări ştiinţifice bine
fundamentate. Printre aceşti înlocuitori de combustibili fosili tot mai insistent se regăsesc
alcoolii monoatomici (monohidroxilici) folosiţi la alimentarea MAI.
Descrierea situaţiei în domeniul de cercetare şi identificarea problemelor de
cercetare. Folosirea alcoolilor monoatomici la alimentarea autovehiculelor a fost
înregistrată în anul 1908, când firma Ford (SUA) a început să producă automobile (model
T), care puteau fi alimentate cu benzină, etanol sau cu amestecul acestora. Astăzi cei mai
mari producători de etanol sunt SUA şi Brazilia. Aceste ţări împreună produc peste 85%
din etanolul de pe piaţa mondială.
Producţia etanolului a fost asimilată pe larg în anii 70 ai secolului trecut. În această
perioadă atenţia cercetătorilor a fost focusată, în mod prioritar, spre studiul proprietăţilor
de exploatare ale alcoolilor monoatomici şi ale amestecurilor combustibile metanol-
benzină, etanol-benzină. Cercetătorii din SUA (Lowus S.O., Devote R.S., Maiorella B.I.,
Turon M., Brusstar Matthew, Bakenhus Marco, Iulian R., Rodney T.I.), Brazilia (Carlos
Coelho de Carvalho Neto, Goldemberg I. Teixeira Coelho, Mario Nastari, Lucon O.,
Lanzer T., O.F. von Meien, Yamamoto C.I.), Germania (Schaffrath M.) au studiat
performanţele motoarelor alimentate cu biocombustibili: capacităţile de pornire, parametrii
energetici şi economici, compoziţia chimică a gazelor de eşapament.
Experienţa acumulată cu privire la folosirea alcoolilor monoatomici la alimentarea
MAS a demonstrat posibilităţi reale de utilizare a biocombustibililor. Folosirea acestora
în proporţii de până 15 … 20 % în amestec cu benzină, practic, prezintă aceleaşi
performanţe energetice şi economice (puterea motorului, consum specific al
combustibilului), ca în cazul alimentării cu benzină curată. Totodată concentraţia de CO
în gazele de eşapament la motoarele alimentate cu amestecuri din alcooli monoatomici şi
benzină este mai mică ca la motoarele alimentate cu benzină datorită măririi eficienţei de
combustie a biocombustibillilor.
Cercetările ulterioare efectuate în fosta URSS (Смаль Ф.В., Арсенов Е.Е.), Rusia
(Макаров В.В., Петрыкин А.А.), Ucraina (Михненко Е., Олийничук С.), Uzbechistan
(Сайдахмедов С.И., Лебедев О.В., Мусурманов Р.К.), China (Lu Xingcai, Hou
4
Yuchun, Zu Linlin, Gao Jian, Iang Deming) şi, în special, în Romania (Manea Gh.,
Georgescu M., Apostolache N., Sfinţeanu D., Borta V.M., Segal B., Anghelache I.) au
confirmat rezultatele obţinute de cercetătorii din SUA, Brasilia, Germania. Adăugător a
fost studiată activitatea corosivă a alcoolilor monoatomici, care necesită înlocuirea unor
materiale din sistemul de alimentare MAS, camera de ardere rămânând neschimbată.
Totodată a fost demonstrată ineficienţa utilizării practice a metanolului pentru combustie
în motor din cauza valorilor înalte ale activităţii corosive şi ale concentraţiei de substanţe
nocive în gazele de eşapament. Este recomandat de folosit metanolul pentru obţinerea
esterilor, care îmbunătăţesc proprietăţile benzinei.
Utilizarea masivă a etanolului a provocat creşterea preţului la zahăr şi la porumb,
generând 2 probleme: a) asigurarea cu materie primă a procesului de producţie a
etanolului; b) producţia automobilelor, dotate cu motoare hibride.
Cel mai mic preţ al etanolului este în cazul producerii acestuia din trestia de zahăr
şi sorg zaharat. De aceea cercetătorii din România (Goian M., Antohe I.), Italia (Giuliano
Grassi, Pietro Moncada, Henri Zibetta), Republica Moldova (Moraru Gh.) au studiat
posibilitatea cultivării, recoltării şi procesării sorgului zaharat, tehnologii care pot fi
pretate cel mai bine la condiţiile pedoclimatice din Europa de Sud. Rezultatele prealabile
obţinute demonstrează eficienţa cultivării sorgului zaharat pentru producţia alcoolilor.
Totodată au fost evidenţiate un şir de particularităţi specifice de ordin tehnic, economic
şi de mediu, particularităţi care necesită o abordare argumentată ştiinţific şi care trebuie
studiate în continuare.
De asemenea este necesar să se adauge la cele menţionate că pentru valorificarea
potenţialului existent sunt necesare tehnologii şi mijloace tehnice eficiente de recoltare şi
procesare a sorgului zaharat specifice condiţiilor Republicii Moldova, metode şi mijloace
pentru prepararea amestecurilor combustibile.
Informaţia din literatura de specialitate referitoare la subiectele menţionate nu este
suficientă pentru a face o argumentare referitor la posibilitatea şi eficienţa producerii
etanolului în condiţiile Republicii Moldova, adesea informaţia disponibilă poartă un
caracter fragmentar şi contradictoriu. Prin urmare este necesar de efectuat un complex de
cercetări privind optimizarea constituţiei biocombustibililor formaţi în amestec cu alcooli
monoatomici, efectuarea unui ciclu de cercetări pentru argumentarea tehnologiilor şi
mijloacelor tehnice pentru recoltarea şi procesarea sorgului zaharat, pentru dozarea şi
amestecarea componentelor biocombustibililor lichizi, crearea unor baze de date
experimentale şi de încercări de exploatare referitoare la caracteristicile, proprietăţile şi
valorificarea elaborărilor concepute în lucrare.
Scopul tezei este Valorificarea complexă şi eficientă a potenţialului energetic
provenit din biomasă prin elaborarea tehnologiei şi mijloacelor tehnice de producere şi
utilizare a biocombustibililor în baza alcoolilor monoatomici. Pentru realizarea scopului
propus în teza de doctorat au fost stabilite următoarele obiective:
1. Evidenţierea tendinţelor de dezvoltare a sectorului energetic pe plan mondial şi
naţional, analiza soluţiilor tehnologice şi tehnice cu privire la valorificarea potenţialului
de biomasă existent în Republica Moldova.
2. Argumentarea tehnologiilor şi mijloacelor tehnice pentru recoltarea şi procesarea
sorgului zaharat, pentru dozarea şi amestecarea componentelor biocombustibililor lichizi.
5
3. Studiul şi argumentarea compoziţiei amestecurilor combustibile cu alcooli
monoatomici.
4. Crearea unor baze de date experimentale şi de încercări de exploatare referitoare
la caracteristicile, proprietăţile şi valorificarea elaborărilor concepute în lucrare.
5. Structurarea unor concluzii finale şi identificarea unor noi direcţii de cercetare.
Metodologia cercetării ştiinţifice. În calitate de obiect al cercetărilor au servit:
tehnologia de recoltare şi procesare a sorgului zaharat şi mijloacele tehnice pentru
realizarea acestor verigi tehnologice; amestecurile combustibile alcool monoatomic-
benzină şi MAS.
Subiectul cercetărilor se referă la studierea şi estimarea cantitativă şi calitativă a
obiectelor cercetării pentru a aduce un plus de cunoaştere în domeniul vizat prin
eficientizarea folosirii alcoolilor monoatomici la alimentarea MAI, perfecţionarea
metodelor şi utilajelor de obţinere a biocombustibililor lichizi cu conţinut de etanol şi
butanol.
Cercetările teoretice au fost efectuate prin modelări fizice şi matematice, ţinînd
cont de ultimele realizări în domeniul obiectelor studiate şi utilizînd teoria probabilităţii
şi statisticii matematice. Datele experimentatle au fost prelucrate folosind facilităţile
programelor STATGRAPHICS, MATHLAB.
Toate elaborări din prezenta teză (tehnologia, mijloace tehnice) au fost cercetate şi
încercate cu pregătirea recomandărilor şi documentaţiei normativ-tehnice (îndrumarelor
de exploatare, standardelor de firmă).
Noutatea şi originalitatea ştiinţifică. Printre rezultatele noi şi originale obţinute
în prezenta teză de doctorat se regăsesc următoarele:
1. S-a elaborat modelul fizic care descrie adecvat și amplu procesul de tăiere și
deplasare a masei vegetale în vindrovere de tip rotor;
2. S-au argumentat teoretic și s-au confirmat experimental parametrii constructivi
şi cinematici ai organelor de tăiere, antrenare şi evacuare a tulpinilor din vindroverul
combinei de recoltat plante cu tulpini groase; ai utilajului pentru stoarcerea mecanică a
sucului crud din aceleași tulpini și ai instalaţiilor pentru dozarea și amestecarea
componentelor biocombustibililor lichizi;
3. S-a determinat compoziţia optimă a combustibililor constituiți din alcoolii
monoatomici, inclusiv cei produși din sorg zaharat, în amestec cu benzină cu compoziție
nemodificată și cifra octanică redusă, care asigură motorului cu aprindere prin scânteie
performanțe similare celora obținute cu benzina cu cifra octanică înaltă (COR95);
4. S-au elaborat modelele fizic și matematic ale procesului de combustie în MAS a
amestecului etanol-benzină, care permit efectuarea analizei ample parametrice întru
stabilirea condițiilor de funcționare efecientă a motorului alimentat cu biocombustibil în
funcție de compoziția acestuia, regimul de exploatare MAS și cerințele actelor normative
în vigoare;
5. Inovația tehnologiei și a mijloacelor tehnice elaborate este confirmată de 21
brevete de invenţie.
Importanţa teoretică este asigurată prin:
1. Stabilirea dependenţei dintre parametrii agrotehnici ai tulpinilor recoltate şi
parametrii constructivi şi cinematici ai tamburilor de antrenare, dispozitivului de
6
expulzare a tulpinilor tăiate, precum şi determinarea poziţiilor divizorilor laterali şi a celui
central ai vindroverului;
2. Determinarea dependenţei gradului de stoarcere a sucului crud, productivităţii
presării mecanice, consumului specific de energie funcţie de condiţiile de lucru în presă
(diametrul şi jocul dintre valţuri, turaţia acestora, grosimea iniţială a materialului presat);
3. Elaborarea metodelor de dozare-amestecare continuă a componentelor
biocombustibilului, bazate pe principiul curgerii lichidului prin orificiu sau conducta
calibrată la suprapresiuni;
4. Argumentarea condiţiilor optime de combustie a amestecurilor formate din
alcooli monoatomici şi benzină (conţinutul de alcool, temperatura şi sarcina motorului,
turaţia arborelui cotit), care asigură randament sporit al motorului şi reducerea
concentraţiei substanţelor toxice în gazele de eşapament.
Valoarea aplicativă a lucrării. În baza unui studiu sintetic şi cercetării teoretice
şi experimentale, încercărilor de laborator şi de exploatare se constată că valoarea
aplicativă a prezentei lucrări este asigurată de:
1. Elaborarea tehnologiei şi mijloacelor tehnice de producere şi utilizare a
biocombustibililor cu alcooli monoatomici (combina de recoltat sorg zaharat, linia
tehnologică de stoarcere mecanică a sucului din tulpini de sorg zaharat, instalaţia de
dozare-amestecare a componentelor biocombustibililor lichizi) cu caracteristici
funcţionale superioare şi pretate la condiţiile de exploatare a Republicii Moldova.
2. Concretizarea şi sistematizarea recomandărilor privind exploatarea mijloacelor
tehnice elaborate şi utilizarea amestecurilor combustibile etanol-benzină, butanol-
benzină la alimentarea MAS (sunt elaborate şi aprobate îndrumare de exploatare a
combinei, presei, instalaţiilor de dozare-amestecare şi prescripţiile tehnice PT MD 75-
03001224-031:2007, standarde de firmă SF 03001224-031: 2012 „Amestecuri
combustibile etanol-benzină pentru motoare cu aprindere prin scânteie. Ecobenzine”, SF
65-03001224-034:2008 „Combina de recoltat sorg zaharat”, SF 65-03001224-035:2008
„Presă cu tăvălugi”).
3. Elaborarea şi perfecţionarea metodelor şi instalaţiilor de studiere experimentală
a proprietăţilor tulpinilor sub acţiunea forţelor de comprimare, agresivităţii corosive a
combustibililor, inclusiv a alcoolilor monoatomici, asupra diferitor elemente constructive
ale motorului.
4. Folosirea rezultatelor obţinute în realizarea procesului de pregătire şi
perfecţionare a cadrelor în domeniile: Ingineria agrară; Producţia şi utilizarea energiei
din biomasă.
Rezultatele ştiinţifice principale înaintate spre susţinere:
1. Tehnologia recoltării şi procesării sorgului zaharat în scopuri energetice cu
utilizarea eficientă a tuturor părţilor componente ale tulpinilor.
2. Modelele fizice şi matematice ale proceselor de tăiere, evacuare din rînd şi
transportare a plantelor cu tulpini groase în vindroverul combinei şi de stoarcere a sucului
din tulpini în prese cu valţuri.
3. Argumentarea (motivarea) teoretică şi metoda calculului al parametrilor
constructivi şi cinematici: a) ai vindroverului combinei de recoltat plante cu tulpini groase
funcţie de parametrii agrotehnici (diametrul, numărul tulpinilor la 1 m liniar în rînd) şi
7
viteza de propulsare a combinei; b) ai presei cu valţuri de stors suc din tulpinile sorgului
zaharat funcţie de starea tulpinilor (diametrul, umiditatea), gradul de extragere şi
productivitatea preconizată a procesului de stoarcere.
4. Metoda şi instalaţii de dozare-amestecare continuă a componentelor lichide,
bazate pe principiul curgerii fluidului prin orificii calibrate la suprapresiuni şi cu
parametrii constructivi, hidrodinamici, care asigură productivitatea în diapazonul larg al
valorilor şi eroarea minimă.
5. Modelele fizice şi matematice a procesului de combustie a ecobenzinei în
motorul cu aprindere prin scînteie funcţie de fracţia etanolului, temperatura şi sarcina
motorului, turaţia arborelui cotit.
6. Compoziţia amestecurilor combustibile alcool monoatomic-benzină care asigură
motorului performanţe energetice, economice şi ecologice la un nivel, care nu cedează
celora obţinute cu benzină.
7. Baza integrală pentru soluţionarea complexă a problemelor din ciclul întreg:
studii marketing-cercetare-proiectare-implementare. Recomandări privind proiectarea şi
exploatarea vindroverului de tip rotor pentru recoltarea plantelor cu tulpini groase, a
preselor cu valţuri pentru stoarcerea sucului din tulpinile plantelor, instalaţiilor de
dozare-amestecare a componentelor fluide. Procesul tehnologic de producere a
ecobenzinelor.
Implementarea rezultatelor ştiinţifice s-a realizat la Instituttul de Tehnică
Agricolă „Mecagro”, SRL „Garma-Grup” (s. Fărladeni, r-l Hînceşti), Institutul
Ştiinţifico-Practic de Biotehnologii în Medicină Veterinară şi Zootehnie.
Diseminarea şi aprobarea rezultatelor cercetărilor.Rezultatele obţinute în
prezenta lucrare au fost raportate şi aprobate la şedinţele Consiliilor Ştiinţifice ale
Institutului „Mecagro” (anii 2004 - 2015); Consiliilor Ştiinţifice în cadrul Programelor de
Stat „Elaborarea tehnologiei de producere şi utilizare a surselor energetice renovabile în
baza materiei prime şi deşeurilor agricole” (anii 2004÷2008), „Valorificarea resurselor
regenerabile de energie în condiţiile Republicii Moldova şi elaborarea satelitului
moldovenesc” (anii 2009÷2012); Consiliului Ştiinţific în cadrul proiectului internaţional
STCU 5398 „Elaborarea şi utilizarea compoziţiilor optime de amestecuri biocombustibile
în baza modelării fizico-chimice”; la Conferinţe Internaţionale „Utilizarea surselor
renovabile de energie şi instalaţiile energeticii netradiţionale” (Chişinău, AŞM-MEC,
1995), „Energetica Moldovei -2007, 2012” (AŞM, IE, Chişinău), Conferinţele Ştiinţifico-
Practice Internaţionale dedicate acad. Iu. Petrov (UASM, Chişinău, 2006, 2011);
Simpozioanele Ştiinţifice Internaţionale organizate cu ocazia aniversării de 75,80 ani ai
UASM (Chişinău, 2008, 2013); Conferinţa Internaţională „Transferul de tehnologii în
agricultură şi industria alimentară” (Chişinău, AŞM, 2005); Simpozioane Internaţionale
„Lecturi AGEPI” (Chişinău, 2004, 2005, 2006); Seminarul Internaţional „Colaborarea în
domeniul elaborării tehnologiilor bioenergetice” (Chişinău, Secretariatul Cartei
Energetice UE, AŞM, 10÷11.05.2007); la a V Asambleea Generală UEAA a Academiilor
de Ştiinţe Agricole şi Silvice din Uniunea Europeană „Renewable Energy Resources,
Production and Technologies” (Letonia, Riga, 28÷31.05.2008); Conferinţa „Cercetarea şi
inovarea în parteneriat cu mediul de afaceri” (Chişinău, AŞM, IEFS, 10.11.2011);
Conferinţa Ştiinţifică Internaţională „Edificarea societăţii durabile” (AŞM, Chişinău,
8
27÷29.10.2011); Conferinţa Internaţională „Rolul culturilor leguminoase şi furajere în
agricultura Republicii Moldova” (AŞM, ICCC, Bălţi, 17÷18.06.2010); Conferinţe
Internaţionale „Renewable Wood and Plant Resources: Chemistry, Technology,
Pharmacology, Medicine” (Sanct-Petersburg, Rusia, 21÷24.06.2011), „Energy and
Climate Change” (Greece, Athens, 13÷14.10.2011); Simpozium Internaţional „The
environment and industry” (Romania, Bucureşti, 16÷18.11.2011); Expoziţii
Internaţionale „Infoinvent -2009, 2011, 2013, 2015”; „Moldagroteh – 2004, 2015”,
Euroinvent- 2010, 2015, Inova – 2014, 2015 (Medalii de aur, Diplome).
Publicaţii la tema tezei. Rezultatele activităţii de cercetare-inovare au fost
publicate în 99 lucrări ştiinţifice, inclusiv o monografie colectivă, 15 articole în reviste de
circulaţie internaţională şi naţională, 27 articole în culegeri internaţionale şi 12 în culegeri
naţionale, 21 brevete de invenţie, trei standarde şi o prescripţie tehnică, 9 teze la
manifestări ştiinţifice şi materiale informative, dintre care publicate ca singur autor 5
articole ştiinţifice de sinteză şi 3 capitole în monografia colectivă.
Sumarul compartimentelor tezei. În vederea realizării obiectivelor formulate,
teza a fost structurată în şase capitole,adnotarea în limbile română, engleză şi rusă,
introducere, lista abrevierilor, referinţe bibliografice în număr de 217 titluri, 89 anexe (57
tabele, 64 figuri). Numărul de pagini al textului de bază este de 229 (până la bibliografie),
conţinând 84 figuri şi 29 tabele.
Cuvinte cheie: Tehnologie, Mijloace tehnice, Sorg zaharat, Recoltare, Procesare,
Suc, Alcool monoatomic, Dozare-amestecare, Ecobenzină, Motoare cu aprindere prin
scînteie.
CONŢINUTUL LUCRĂRII
Introducerea reflectă actualitatea şi importanţa temei abordate, scopul şi
obiectivele tezei de doctorat, obiectul şi subiectul cercetării, noutatea ştiinţifică şi
valoarea aplicativă, precum şi date ce confirmă aprobarea rezultatelor ştiinţifice şi
aplicarea lor în practică. În introducere este prezentat şi conţinutul succint al capitolelor
care intră în structura lucrării.
Capitolul 1 oferă o sinteză a stadiului actual, trecând în revistă realizările şi
contradicţiile cu privire la utilizarea biocombustibililor pentru alimentarea MAS.
Aplicabilitatea tezei fiind în domeniul automobilelor, capitolul continuă cu o analiză a
datelor existente privind producţia şi utilizarea alcoolilor monoatomici în scopuri
energetice (proprietăţile fizico-chimice şi de exploatare ale alcoolilor; materia primă
utilizată pentru producţia acestora; particularităţile morfologice, tehnologii de recoltare şi
procesare a sorgului zaharat; metode de preparare a amestecurilor combustibile cu alcoolii
monoatomici).
Cu scopul asigurării perspectivei durabile de utilizare şi dezvoltare pentru
rezultatele obţinute în prezenta teză sunt analizate tendinţe în dezvoltarea sectorului
energetic al economiei mondiale şi naţionale. Analiza efectuată demonstrează că
consumul absolut de energie va creşte în continuare din cauza majorării numărului de
populaţie, intensificării activităţii economice şi îmbunătăţirii condiţiilor de trai. În această
situaţie, principalele obiective ale politicilor energetice mondiale sunt: dezvoltarea
surselor regenerabile de energie; asigurarea securităţii energetice a fiecărei ţări în funcţie
9
de condiţiile specifice şi a întregului sistem mondial; dezvoltarea tehnologiilor energetice
viabile în contextul dezvoltării durabile; protejarea mediului înconjurător.
Alcoolii monoatomici posedă avantaje incontestabile (accesibilitatea şi rezerve
mari ale materiei prime, cifra octanică majorată, randamentul şi energia specifică înaltă
de combustie, minimizarea cantităţii gazelor cu efect de seră). Totodată, conform
studiului efectuat, alcoolii au şi neajunsuri (instabilitatea fazelor în amestec cu benzină
în cazul majorării concentraţiei apei, acţiunea corosivă asupra unor materiale, căldura
inferioară de ardere mai mică în raport cu benzină). Manea Gh., Georgescu M., Makarov
V.V., Carlos Coelho de Carvalho Neto, Schulte D.O., Carlo Baldelli şi alţii au propus
metode de diminuare a carenţelor menţionate, însă acestea necesită a fi perfecţionate
pentru sporirea competitivităţii biocombustibililor.
Conform datelor Zervos A., Lios Ch., Racos Ch., cel mai înalt potenţial de
producţie a etanolului, la costuri relativ mici, are trestia-de-zahăr şi sorgul zaharat.
Specialiştii din UE (Miguel Bagajewcz, Daniel Sujo, David Martinez, Goian M., Antohe
I. şi alţ.) şi RM (Moraru Gh.) au demonstrat că în condiţiile pedoclimatice europene un
potenţial semnificativ de producere a etanolului îl are sorgul zaharat.
Morfologia plantelor de sorg zaharat este identică cu cea a trestiei-de-zahăr,
concomitent având şi unele particularităţi referitoare la cultivarea, recoltarea şi procesarea
sorgului. Uniunea Europeană, prin Commission’s Biomass R&D Programme, întreprinde
măsuri de adaptare a tehnologiilor existente de recoltare şi procesare a sorgului zaharat la
condiţiile specifice pentru Europa.
Goian M., Antohe I., Giuliano Grassi, Pietro Moncada, Henri Zibelta, Şepeli N.A.
au elaborat pentru recoltarea sorgului zaharat şi stoarcerea sucului din tulpinile acestuia
o gamă de mijloace tehnice, care sunt în fază de machete şi necesită optimizarea
parametrilor constructivi şi cinematici. Mijloacele tehnice elaborate execută numai unele
operaţii din întregul proces tehnologic de recoltare şi procesare a sorgului zaharat, care
necesită valorificarea tuturor părţilor biomasei (tulpinilor, paniculelor, sucului, bagasei
etc).
Analiza metodelor şi a instalaţiilor pentru prepararea amestecurilor combustibile
cu alcoolii monoatomici demonstrează că, la momentul actual, există dozare cu acţiune
discretă (după nivel, volum sau greutate) şi continuă (cu pompe peristaltice, centrifugale,
cu rotor, piston, cu membrană şi piston, cu roţi dinţate, tub Venturi).
Instalaţiile cu acţiune discretă pot asigura precizie înaltă de dozare a fiecărui
component (erorile nu depăşesc 0,5%) însă, din cauza executării consecutive a fazelor
tehnologice, aceste instalaţii au o productivitate specifică redusă. În condiţii industriale
este mai eficient de utilizat dozatoare cu acţiune continuă, concomitent este necesar, în
aceste dozatoare, de majorat precizia raportului dintre componenţii amestecului şi de
redus consumul specific de energie.
Capitolul se încheie cu o analiză critică şi o constatare a insuficienţei de date
privind producerea şi utilizarea biocombustibililor în baza alcoolilor monoatomici, care
necesită efectuarea cercetărilor mai profunde şi complexe pentru a asigura eficienţa şi
competitivitatea biocombustibililor. În baza acestor constatări au fost formulate
concluziile şi direcţiile actuale de aprofundare a cercetărilor în domeniul vizat.
10
În cadrul capitolului 2 se prezintă algoritmul efectuării cercetărilor experimentale
şi încercărilor de laborator şi de exploatare. Sunt formulate obiectivele cercetărilor şi
încercărilor, sunt descrise construcţia şi principiul de funcţionare a combinei de recoltat
sorg zaharat, a liniei tehnologice pentru procesarea tulpinilor sorgului zaharat,
instalaţiilor pentru prepararea şi studierea proprietăţilor amestecurilor combustibile,
standurilor folosite în testarea utilajelor elaborate, amestecurilor de combustibil şi a MAS.
Un volum semnificativ este dedicat descrierii metodelor de estimare a proprietăţilor
fizico-chimice şi de exploatare ale combustibililor; de evaluare a mărimilor fizice,
principiilor de programare a experimentelor.Pentru fiecare etapă de cercetare este
formulat scopul şi obiective.
Pentru recoltarea sorgului zaharat a fost elaborată o combină (fig. 1), care permite
obţinerea fragmentelor de tulpini cu lungimea 150-200 mm, separate de frunze şi
panicule, ultimele fiind acumulate în remorcă aparte.
Pentru studierea deformării tulpinilor sub
acţiunea forţelor prezente în procesul de tăiere şi
presare a tulpinilor a fost elaborată instalaţia,
care permite aplicarea forţei până la 10 kN cu
măsurarea concomitentă a valorilor forţei,
deformaţiei şi duratei de acţionare.
Cercetările procesului de stoarcere a
sucului din tulpinile sorgului zaharat au fost
efectuate pe macheta presei cu 3 valţuri (fig.2 a),
iar încercările de exploatare- pe linia
tehnologică, care include 3 blocuri de presare
(fig.2 b,c).
În cadrul experimentelor au fost
determinate gradul de extragere a sucului GE,
productivitatea Q, consumul specific de
energie Ce funcţie de forţa de presare P,
interstiţiul dintre valţuri s, viteza de rotaţie a
valţurilor V, gradul de încărcare a presei Gî,
modalitatea de înaintare a tulpinilor
fragmentate în pasajele de stoarcere
(longitudinală, transversală,
mixtă).Încercările de exploatare ale combinei
şi liniei de presare au fost efectuate în comun
cu specialiştii Staţiei de Stat pentru
Încercarea Maşinilor pe plantaţiile sorgului
zaharat la Institutul de Biotehnologii în
Medicină Veterinară şi Zootehnie (s.
Maximovca, r-l Anenii Noi), ulterior – pe
Figura 2. Utilaje ITA „Mecagro” pentru
procesarea sorgului zaharat: a - macheta
presei; b,c - linia tehnologică
Figura 1. Combina de recoltat sorg
zaharat elaborată în cadrul Institutului
“ Mecagro”
11
plantaţiile Institutului de Protecţia Plantelor şi Agricultură Ecologică al AŞM.
Pentru realizarea obiectivelor a fost verificată corespunderea componenţei
combinei şi a utilajelor de presare cerinţelor documentaţiei tehnice (conform OST 10.2.1-
97); au fost determinaţi indicatorii agrotehnici (STO AIST 23.6-2006), tehnologici de
exploatare (GOST 24055, GOST 24057), energetici (STO AIST 2.2-2006), de destinaţie
(OST 10.2.1 – 97, GOST 26025), de fiabilitate (STO AIST 2.8-2002, GOST 27782), de
securitate şi ergonomici (GOST 12.2.111, GOST 12.12.003, GOST 12.4.026).
Cercetările şi încercările metodei de preparare a amestecurilor combustibile au fost
efectuate pe instalaţii, care asigură curgerea lichidului prin orificii calibrate sub influenţa
suprapresiunii cu o valoare constantă (fig. 3).
În cadrul cercetărilor
instalaţiilor “Biomixt” şi „Biomixt-
Pres” au fost evaluaţi parametrii
tehnico-economici de dozare a
componentelor amestecului, s-a
stabilit dependenţa debitului de
curgere funcţie de presiunea din
recipientul de lucru al dozatorului şi
rezistenţa hidraulică a canalului de
evacuare; au fost estimate posibilile
erori de dozare, rezultate din calculul
teoretic, şi comparate acestea cu cele
reale; s-au testat procedeele de reglaj a
raportului dintre componentele
amestecului combustibil.
Caracteristicile de stand au fost
ridicate la catedre “Transport auto” UASM şi UTM pentru motoarele ZMZ 53 şi din seria
VAZ (VAZ 2101, VAZ 2103,VAZ 2106). Caracteristicile motoarelor au fost obţinute pe
standul MPB 100 (cu maşină electrică de curent continuu, care funcţionează în regim de
generator în timpul frânării) şi pe standul M 2812 – 4 (producător – firma VSETIN,
Cehia). Puterea motorului a fost consumată de o frână care permite obţinerea unor
momente rezistente variabile. Caracteristicile de viteză ale motoarelor au fost ridicate în
conformitate cu GOST 14846 cu grade de solicitare parţiale a motorului testat
λ=Pi/Pe=25,40,55,70,85% şi cu solicitare totală λ=Pi/Pe=100%.
Caracteristicile de reglare au fost determinate cu obturatorul deschis parţial
(Pi/Pe=40,55,75,85%) şi turaţiile arborelui cotit constante pentru fiecare experiment
(n=2000,2500,3000 min-1). Schimbarea unghiului de avans la aprindere θ a fost obţinută
prin amplasarea în diferite poziţii a întrerupătorului–distribuitorului de curent electric.
Schimbarea componenţei amestecului de ardere a fost obţinută prin instalarea
succesivă în carburator a jicloarelor de combustibil cu diferite randamente
(Q=675...810ml/min) şi a jiclorului de aer cu randament constant (Qaer=const).
Randamentul jicloarelor de combustibil a fost măsurat cu instalaţia KИ 528.
În procesul măsurărilor emisiilor gazelor de eşapament s-au determinat
concentraţia oxidului CO şi hidrocarburilor CH. Gazele emise au fost măsurate în
Figura 3. Vederea generală a instalaţiilor
„Biomixt” (a) şi „Biomixt-Pres”(b)
12
conformitate cu GOST 17.2.2.03, folosind gazoanalizatorul GIAM 29 şi cromatograful
HP 589011 (SUA).
Încercările de exploatare au fost efectuate pe motoare VAZ 2103, instalate pe
automobile IJ 2717 si alimentate cu benzină Premium – 95, ecobenzina E20 (amestec de
20% etanol în benzină), ecobenzina B20 (amestec de 20% butanol în benzină).
Compoziţia ecobenzinelor a fost aleasă în baza cercetărilor teoretice şi experimentale
realizate în capitolul 5.
Proprietăţile fizico-chimice ale combustibililor au fost determinate în conformitate
cu documentele normative acceptate în Republica Moldova după cum urmează: cifra
octanică metoda Research, COR – conform GOST 8226 şi cifra octanică metoda Motor,
COM – conform GOST 511 (studiile au fost realizate pe instalaţia UIT -85M); indicatorii
de distilare – conform SM SR EN ISO 3405: 2012, metoda A (instalaţia ARNS – 9);
indicele de neutralizare – conform GOST 5985; gume actuale – conform GOST 1567;
conţinutul de sulf – conform GOST 19121; presiunea vaporilor – conform GOST 1756;
încercarea pe lama de cupru – conform SM SR EN ISO 2160: 2012; punctul de tulburare
– conform SM SR EN 23015: 2012; densitatea – conform SM SR EN ISO 3104: 2012;
viscozitatea cinematică – conform GOST 3382 (pentru măsurarea viscozităţii cinematice
s-au utilizat viscozimetre capilare de sticlă VPJ 2).
Un set de parametri ai motoarelor şi mijloacelor
tehnice testate au fost estimaţi cu test controller Q.brixx
gate (firma Gantner, Austria), care este dotat cu modulurile
de măsurare Q.brixx A 106 şi Q.brixx A107 (fig.4).
Test controllerul măsoară şi înregistrează pe
calculator un şir de mărimi fizice (mecanice, electrice,
termice etc.) prin recepţionarea şi prelucrarea semnalelor
electrice proporţionale cu semnalele emise de către un set
de traductori de forţă, de deplasare, de torsiune etc. Test
controllerul Q. Brixx gate poate realiza măsurări
concomitent de la maximum 12 traductoare.
În capitolul 3 se realizează argumentarea
tehnologiei şi mijloacelor tehnice pentru recoltarea şi
procesarea sorgului zaharat, sunt specificate operaţiile
tehnologice pentru recoltarea-procesarea sorgului zaharat, precum şi cerinţele de
executare a acestora. În acest capitol sunt tratate în detaliu aspecte privind argumentarea
tehnologiilor de recoltare şi procesare a sorgului zaharat şi a parametrilor constructivi ai
combinei, ai presei pentru stoarcerea sucului, precum şi aspectele teoretice ale
parametrilor constructivi şi cinematici ai vindroverului.
Analiza efectuată în capitolul 1 al acestei lucrări a permis stabilirea itinerarului
tehnologic raţional de recoltare a sorgului zaharat, concretizarea principalelor operaţii
realizate de către combină. Printre aceste operaţii se specifică următoarele: tăierea şi
fragmentarea plantei, separarea tulpinilor de frunze şi panicule, încărcarea lor în mijloace
de transport pentru livrarea ulterioară la locul de prelucrare. Bloc-schema tehnologiei
propuse este prezentată în figura 5.
Figura 4. Test controller
Q.Brixx gate cu moduluri
de măsurare
13
Tehnologia propusă de către noi se deosebeşte de tehnologiile descrise de către
Moraru Gh. şi Goian M., prin utilizarea combinelor specializate şi separarea tulpinilor de
panicule şi frunze nemijlocit în procesul recoltării. Totodată, tehnologia propusă diferă
de tehnologiile utilizate la recoltarea trestiei de zahăr (Kleţkin M., Randy Powell ş.a.),
prin colectarea paniculelor şi frunzelor.
Reieşind din proprietăţile sorgului zaharat, pentru prima etapă de implementare a
tehnologiei propuse este recomandată combina tractată de un tractor cu puterea motorului
N ≥ 58kW. Combina asigură recoltarea sorgului pe 2 rînduri concomitent cu executarea
funcţiilor conform tehnologiei propuse (fig. 5). În baza productivităţii calculate a
combinei (13 ÷ 22t de tulpini fragmentate pe oră) şi a duratei admisibile de păstrare a
sucului crud neprelucrat cu conservanţi (pînă la 7 ore) a fost determinată productivitatea
staţiei de presare (pînă 5m³ suc/oră) şi cantitatea necesară a mijloacelor de transport.
Analiza efectuată a făcut
posibilă alegerea pentru
recoltarea plantelor cu tulpini
groase a vindroverului cu
organele de lucru rotative cu axa
verticală. Pentru acest tip al
vindroverului a fost elaborat un
model fizic al procesului de
tăiere şi deplasare a masei
vegetale, precum şi argumentaţi
parametrii constructivi şi
cinematici.
Pentru tăierea
ireproşabilă şi antrenarea
sigură cu consum redus de
energie este necesar ca tulpina, până a intra în contact cu suprafaţa de lucru a dintelui de
antrenare, să fie tăiată şi introdusă complet în spaţiul de antrenare al discului (fig. 6). Din
momentul contactului vârfului dintelui din tambur cu tulpina, corelaţia dintre viteza
combinei Vcom şi viteza unghiulară a tamburului ant trebuie să corespundă următoarei
condiţii: tulpina, înainte de a fi atinsă de peretele următorului dinte, trebuie să intre în
interiorul spaţiului de antrenare la distanţă egală sau mai mare decât diametrul acesteia
(fig. 6). În acest caz combina va parcurge distanţa: S=î+d, (1)
unde î este încovoierea tulpinii; d– diametrul tulpinii.
Pentru parcurgerea distanţei S este necesară durata de timp:
comcom V
dî
V
S . (2)
În aceeaşi perioadă de timp, tamburul se va roti cu unghiul )( (fig. 6):
,2
rR
rarctg
z
(3)
unde z este numărul de dinţi ai tamburului; r – raza tulpinii; R – raza tamburului.
Figura 5. Bloc-schema tehnologiei propuse pentru
recoltarea şi prelucrarea sorgului zaharat (cantităţile de
material sunt indicate în % mas.):*presare mecanică; **
presare mecanică + imbibiţie (difuzie)
14
Atunci perioada de timp necesară pentru antrenarea tulpinii va fi:
com
ant
ant V
dî
rR
rarctg
z
/)
2( . (4)
Deoarece diametrul tulpinii d al porumbului şi al sorgului este mult mai mic ca cel
al tamburului (dmax 30…40 mmDmin 550 mm), iar încovoierea tulpinilor plantelor
menţionate, în condiţiile normale, se apropie de 0 (î→0), formulele (2, 4) obţin o formă
mai simplă:
𝜏 =2𝜋
𝑧𝜔𝑎𝑛𝑡 𝑠𝑎𝑢 𝜏 =
𝑑
𝑉𝑐𝑜𝑚 (5)
Din relaţia 5 rezultă:
𝑉𝑐𝑜𝑚
𝑧𝜔𝑎𝑛𝑡=
𝑑
2𝜋 sau 𝑧𝜔𝑎𝑛𝑡 =
2𝜋𝑉𝑐𝑜𝑚
𝑑. (6)
Pentru cazul general, când tulpina, în momentul
iniţierii tăierii, se află între dinţii tamburului, raportul
parametrilor constructivi şi cinematici trebuie să
corespundă situaţiei descrise de către relaţia:
dVz comant /2 . (7)
Imediat după tăierea tulpinii, este necesar să se
efectueze consecutiv următoarele operaţiuni: evacuarea
tulpinii din rând, deplasarea, reorientarea din poziţia
verticală în cea orizontală şi antrenarea acesteia către
valţurii ansamblului respectiv. La parcurgerea distanţei de
1metru liniar vindroverul combinei trebuie să taie m tulpini
de plante (porumb, sorg zaharat, floarea-soarelui etc.) în
fiecare rând în perioada de timp τ´ =1/ comV .
Evacuarea tulpinilor din rând. Având în vedere cerinţa evacuării operative a
tulpinilor din rând, fiecare dinte al tamburului de antrenare-evacuare trebuie să transporte
maximum câte o plantă din fiecare rând (fig. 6). În acest caz, pentru evacuarea m tulpini,
tamburul se va roti la un unghi, a cărui valoarea integrală va fi:
φ´= mz
2, (8)
unde z este numărul de dinţi pe un disc al tamburului , m – numărul de tulpini
recoltate într-un rând la 1 metru liniar.
Pentru a parcurge unghiul φ, ' discul are nevoie de o perioadă de timp calculată cu
formula:
antant zm /2/'' , (9)
unde ant este viteza unghiulară a tamburului de antrenare.
Evacuarea operativă a tulpinilor din rând necesită rotirea tamburului cu unghiul φ´
într-o perioadă de timp mai mică, decât cea necesară combinei pentru a parcurge distanţa
de 1 metru liniar, adică:
Figura 6. Schema antrenării
şi evacuării tulpinii din
rând
15
./1/2 comant Vzm (10)
Din inegalitatea (10) reiese, că pentru evacuarea operativă a tulpinilor din rând
raportul parametrilor constructivi şi cinematici ai tamburului trebuie să fie:
zω ant 2πmVcom. (11)
Respectarea ambelor condiţii de funcţionare eficientă a vindroverului (antrenarea
sigură a tulpinilor de către dinţii tamburului şi evacuarea operativă a lor din rând)
determină parametrii tamburului de antrenare în felul următor:
dVzmV comantcom /22 . (12)
Condiţia antrenării eficiente a tulpinilor impune ca pasul dinţilor din tambur (fig.6)
z
rRP
)(2
şi viteza circulară a tamburului )( rRV ant să asigure durata deplasării de
la un dinte până la altul din contact cu tulpina într-o perioadă de timp mai mare decât cea
necesară pentru tăierea unei tulpini:
com
antV
drR
z
rR
)(/
)(2
. (13)
Din relaţia 13 rezultă:
dVz comant /2 , (14)
unde R, r reprezintă raza tamburului şi respectiv a tulpinii )2/( dr .
Relaţia obţinută (14) confirmă corectitudinea formulei (12) şi permite precizarea
dimensiunilor spaţiului de antrenare al discului din tambur.
Diapazonul de antrenare a tulpinilor în spaţiul lateral al tamburului. La
vindrover, discul rotativ de jos asigură tăierea tulpinilor în diapazonul unghiului de rotaţie
de la 0 până la (fig. 7). Tamburul rotativ, amplasat deasupra discului de tăiere, poate
antrena eficient tulpinile într-un diapazon mai îngust al unghiului (0). Acest
diapazon poate fi precizat, analizând schema (fig. 8).
Figura 7. Schema mişcării tamburului
de antrenare si evacuare a tulpinilor Figura 8. Schema antrenării laterale a tulpinilor de către dinţii tamburului
16
Din schema antrenării tulpinilor reiese că, pentru antrenarea la momentul dat a unei
tulpini cu diametrul d, este necesar ca distanţa dintre proiecţiile normali pe axa x dintre
vârfurile a doi dinţi vecini să fie mai mare decât diametrul tulpinii:
{𝑋𝑐 − 𝑋𝑎 = 𝑅𝑐𝑜𝑠 (𝜔𝑎𝑛𝑡𝜏 −
2𝜋
𝑧) − 𝑅𝑐𝑜𝑠𝑎𝑛𝑡𝜏 > 𝑑,
𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑎𝑛𝑡𝜏 − 𝜃) − 𝑐𝑜𝑠𝜔𝑎𝑚𝑡𝜏 >𝑑
𝑅
, (15)
sau .cos)cos(R
d (16)
Cunoscând valorile diametrului tulpinilor d, ale parametrilor constructivi ai
tamburului (raza R, pasul unghiular Θ al dinţilor), se poate calcula unghiul , care
determină condiţii minime de antrenare a tulpinilor, poziţia divizorilor laterali şi a celui
central.
Acţiunea forţelor în procesul de antrenare şi evacuare a tulpinilor. Analiza
precedentă a proceselor de tăiere, antrenare şi evacuare a tulpinilor în vindrover este
bazată pe parametrii cinematici şi constructivi. Pentru asigurarea funcţionării eficiente a
vindroverului este necesar să se analizeze forţele, care acţionează asupra tulpinii şi,
respectiv, asupra organelor de lucru ale vindroverului (studiul dinamicii procesului).
Antrenarea tulpinii cu ajutorul tijei de ghidare. Pe parcursul unui ciclu de rotaţie
a tamburului de antrenare - evacuare a tulpiniloreste necesar să se respecte două condiţii
cu totul diferite (fig. 9):
a) după tăierea tulpinilor, în sectoarele
anterioare I, II este necesar să se creeze condiţii
pentru antrenarea şi deplasarea sigură a
tulpinilor de către dinţii tamburului;
b) după pătrunderea, în camera de
alimentare a vindroverului (sectorul III)
tulpinile, resturile vegetale ale buruienilor
trebuie să elibereze complet dinţii tamburului şi
simultan să fie antrenate de către valţurile de
alimentare.
Din schema prezentată în figura 9 reiese,
că una din principalele condiţii pentru
funcţionarea eficientă a vindroverului este
asigurarea antrenării tulpinii în spaţiul interior
al dintelui atunci când diametrul secţiunii
transversale a tulpinii se află pe periferia discului. În acest caz asupra tulpinii acţionează
forţe, îndreptate perpendicular pe suprafeţele de lucru a tijei de ghidare (forţa N1) şi a
dintelui (forţa N2).
Deplasarea tulpinii în spaţiul de antrenare are drept consecinţă apariţia forţelor de
frecare:
F1=N1f1 şi F2=N2f2, (17)
unde f1 , f2 sunt coeficienţii de frecare a tulpinii pe suprafaţa de lucru a tijei de
ghidare şi respectiv a dintelui tamburului.
Figura 9. Schema amplasării tijelor de
ghidare a tulpinilor şi plăcilor de curăţire
a dinţilor
17
Pentru determinarea condiţiilor de antrenare a tulpinii între dintele tamburului şi tija de
ghidare, proiectăm pe axele X,Y forţele aplicate obţinând:
axaX cosFFsinN 212 (18)
axaY sinFcosNN 221 sau
sinfNcosNN 2221 . (19)
Deplasarea tulpinii în interiorul spaţiului tamburului impune următoarea condiţie:
cosfNfNsinN 22112 . (20)
Substituind, în relaţia (20), valoarea 1N din formula (19), obţinem:
21
21
1 ff
fftg
. (21)
Deoarece 11 tgf , 22 tgf , ( 1 , 2 - unghiuri de frecare), obţinem:
21
21
21
21 )tg(tgtg-1
tgtgtg
(22)
Din (22) rezultă că, pentru antrenarea sigură şi deplasarea tulpinii în interiorul
tamburului cu consum redus de energie, este necesar ca coeficienţii de frecare f1 şi f2 să
fie micşoraţi, iar unghiul dintre suprafeţele de lucru a tijei de ghidare şi a dintelui
tamburului permanent să depăşească suma 21 . Totodată, lăţimea de lucru a spaţiului
de antrenare Bant (fig. 9) trebuie să corespundă următoarei condiţii:
tgtulpant ddB 2 , (23)
unde dtulp este diametrul tulpinii; dtg– diametrul tijei de ghidare.
În baza analizei tehnologiilor şi utilajelor existente, pentru extragerea sucului din
tulpinile plantelor zaharoase, a fost argumentată oportunitatea utilizării preselor cu valţuri
pentru stoarcerea sucului din tulpinile sorgului zaharat şi au fost motivaţi parametrii de
bază ai presei care ar asigura obţinerea unor cantităţi mari de suc brut din sorg zaharat
folosit pentru obţinerea alcoolilor monoatomici şi a altor produse.
Productivitatea şi gradul de extragere a lichidului la presarea materialului între
valţuri.Volumul materialului care trece, într-o unitate de timp, printr-un pasaj dintre doi
valţuri (fig. 10), a căror viteză periferică este egală şi considerând că patinarea lipseşte ,se
determină din relaţia:
V = b∙h∙v, (24)
unde b este lungimea tăvălugului (lăţimea zonei de presare), m; h – grosimea
stratului antrenat între valţuri, m; v – viteza periferică a valţurilor, m/s.
18
Masa materialului prelucrat într-o unitate de timp (productivitatea) poate fi
determinată, ştiind masa în vrac (masa volumetrică) a materialului (kg/m³):
mvQ V bh . (25)
La trecerea materialului printre valţuri, stratul se comprimă de la grosimea h până
la s (valoarea pasajului). Ca rezultat al procesului de comprimare, are loc eliberarea
lichidului din material şi creşterea masei volumetrice a materialului stors (bagasei) b.
Gradul de extragere a lichidului poate fi determinat din relaţia:
𝐺𝐸 =𝑄𝑚𝑣−𝑄𝑏
𝑄𝑚𝑣=
𝑄𝑠
𝑄𝑚𝑣, (26)
unde Qb, Qs este masa materialului stors (bagasei) şi a sucului extras, într-o unitate
de timp, kg/s:
Qb=Vb∙b=b∙s∙v∙b. (27)
Substituind Qmv şi Qb din expresiile (25) şi (27) în expresia (26) obţinem:
,111h
hhk
h
sk
h
sGE b
(28)
unde k=
b este coeficientul de comprimare a masei vegetale.
În formula (28) numitorul (γ·h ) reflectă starea materiei prime, iar numărătorul b·s-
cea a materiei stoarse (bagasei).
Valoarea teoretică maximă a gradului de extragere
GEmax este determinată de fracţia sucului în tulpini fs, de
unde rezultă:
.11maxh
hh
h
sfGE bb
s
(29)
Prin urmare 1bs su
sf f
h
şi respectiv k
ff
h
s su
b
su
, (30)
unde fs, fsu sunt fracţiile masice ale sucului şi, respectiv,
ale substanţei uscate în tulpinile presate.
Pentru fiecare caz concret, valorile fs, fsu se determină în condiţii de laborator, după
aceasta, utilizând formula (30), se calculează raportul s/h.
În baza formulei (29) calculăm subţierea grosimii stratului Δh, care permite
antrenarea tulpinilor şi extragerea sucului cu GE→fs ,adică
∆ℎ = ℎ − 𝑠 = 𝐷(1 − 𝑐𝑜𝑠𝜑) = ℎ(1 − 𝑓𝑠𝑢 ∙𝛾
𝛾𝑏⁄ ) , de unde
𝐷 = ℎ1−𝑓𝑠𝑢∙
𝛾𝛾𝑏
⁄
1−𝑐𝑜𝑠𝜑= ℎ
1−𝑓𝑠𝑢
𝑘⁄
1−𝑐𝑜𝑠𝜑 . (31)
Figura 10. Schema aplicării
forţelor asupra materialului
presat
19
Aşadar, calculând h după formulă (25) şi măsurând valorile proprietăţilor fizice ale
materialului presat (fs, fsu, γ, b , φ), se determină diametrul valţurilor D şi jocul s.
Pentru obţinerea unui grad mare de extragere (GE → fs) şi a unor condiţii de
funcţionare eficientă a presei, este necesar ca presarea materialului să fie realizată în baza
trecerii acestuia prin mai multe pasaje cu scăderea treptată a jocului s până la valoarea
necesară (s→0, Δh→h), utilizând parametrii constructivi (diametrul valţurilor D),
cinematici (viteza valţurilor ω) şi de forţă (P) cu valori rezonabile.
Majorarea diametrului valţurilor D sporeşte lungimea sectorului ab de antrenare-
presare (l = Rβ, fig.10) şi, respectiv, durata presării, îmbunătăţind condiţiile pentru
scurgerea sucului. Concomitent, în aceste condiţii, este necesar să se mărească sarcina
aplicată asupra sectorului de antrenare-presare (P= pmlb, unde pm este presiunea medie
în zona de presare, N/m²) şi să se asigure o grosime uniformă a stratului de masă verde h.
Pentru majorarea gradului de extragere GE, este necesar să se micşoreze valoarea
pasajului, adică Δh→h. Totodată, din relaţiile (25, 31) este evident că valoarea s este
limitată de h pentru o valoare dată h, care corespunde, la rândul său, productivităţii
necesare Qmv. Luând în consideraţie acest fapt, obţinerea gradului dorit de extragere GE
poate fi realizată prin trecerea materialului prin mai multe pasaje de stoarcere.
La presarea materialului este necesar să se obţină nu numai funcţionalitatea presei
cu antrenarea sigură a tulpinilor, productivitatea înaltă şi grad sporit de extragere
(stoarcere) a sucului, dar şi un consum minim de energie.
Puterea consumată la presarea materialului între valţuri. După cum a fost
menţionat, pentru asigurarea antrenării şi presării tulpinilor de către valţuri este necesar
să se acţioneze asupra materialului cu o forţă P normală suprafeţei de contact (fig.10).
Pentru acţionarea valţurilor cu viteza , conform Koroliov A.A., Ţelicov A.I ,este
necesar un moment de torsiune:
Mt=2P l, (32)
unde 𝜓 =𝛼
𝛽=
𝑙𝑝
𝑙 este coeficientul braţului, , , - unghiuri de aplicare a forţei P şi
respectiv a sectorului de antrenare- presare; lp, l – lungimile braţului de aplicare a forţei
P şi respectiv a sectorului de antrenare-presare.
Ţinînd cont de specificul condiţiilor de presare a tulpinilor masei verzi, în prezenta
lucrare au fost efectuare calculele teoretice care au demonstrat, că puterea consumată
pentru realizarea procesului de antrenare-procesare a masei verzi va fi:
N=Mt ω= P R h = pmbR· h , (33)
unde ω este viteza unghiulară a valţurilor; R- raza valţurilor; pm - presiunea medie în zona
de presare; b- lăţimea sectorului de antrenare-presare.
Astfel, pentru antrenarea sigură a masei vegetale este necesar ca diametrul
valţurilor D şi coeficientul de frecare f să aibă valori maxim posibile (formula 31).
Totodată, productivitatea Qmv şi gradul de extragere GE depind direct proporţional de
grosimea stratului h şi, respectiv, de subţierea stratului h (formule 25, 28). La rândul
său aceşti indicatori sunt direct proporţional dependenţi de diametrul valţurilor D. Adică,
hmax, Qmv,GE=f(D). Simultan majorarea diametrului valţurilor conduce la mărirea
20
momentului de torsiune şi a puterii consumate Mt, N = f(D) la aceeaşi presiune şi viteză
unghiulară (pm ,ω=const).
În baza recomandărilor teoretice au fost calculate valorile parametrilor tehnologici
şi constructivi ai presei cu valţuri, care ulterior au fost optimizate folosind plan B3. Pentru
cercetări (tab. 1) au fost folosite tulpini întregi şi tocate de sorg zaharat, defoliate şi fără
panicule, cu umiditatea 71% şi fracţia masică a zaharului în suc 12%. Presa a fost
alimentată uniform cu tulpini, asigurând valorile necesare ale factorilor de influenţă.
Pentru tot ciclul de cercetări diametrul valţurilor a avut o valoare constantă (D =
470mm), care conform calculelor şi cercetărilor prealabile asigură antrenarea tulpinilor
de sorg zaharat în pasaj şi productivitatea de lucru scontată (Qmv =10t/h).
După prelucrarea matematică a rezultatelor experimentelor s-a obţinut ecuaţia de
regresie, care adecvat exprimă evoluţia gradului de extragere mecanică a sucului GE
funcţie de regimurile tehnologice de presare:
GE = - 57, 4 + 6,86 𝒙𝟏 + 0,43 𝒙𝟐 + 6, 5𝒙𝟑 – 0,477𝒙𝟏𝟐 -0,0012 𝒙𝟐
𝟐 – 0,34 𝒙𝟑𝟐. (34)
Tabelul 1. Niveluri de variaţie ai factorilor de influenţă (plan Box − Behnken 3³)
Factori de influenţă
Nivelurile valorilor
codate
Valori naturale
Niveluri Interval
de
variaţie inferior de
bază superior inferior
de
bază superior
X1-jocul iniţial dintre
valţuri, sin, mm -1 0 +1 3 6,5 10
3,5
X2- forţa de presare, P
, kN -1 0 +1 90 120 150
30
X3- turaţia valţurilor,
n, min-1 -1 0 +1 7 11 15
4
Din analiza modelului matematic (34), prezentat grafic în figura 11, rezultă
corectitudinea argumentărilor teoretice (formula 28) referitoare la posibilitatea de sporire
a gradului de extragere GE prin diminuarea raportului s/h (jocul în pasaj/grosimea iniţială
a stratului), obţinând valori maxime în zona s=5-7 mm. Micşorarea în continuare a jocului
iniţial conduce la o diminuare nesemnificativă a gradului de stoarcere.
În cazul când jocul iniţial nu depăşeşte 5 mm se creează condiţii pentru presarea
neuniformă a stratului de materie primă: tulpinile cu diametrul mai mare sunt presate mai
tare ca cele cu diametrul mai mic. La rândul său, mărirea forţei P reduce neuniformitatea
presării tulpinilor, totuşi asigurând valori maxime pentru GE în cazul jocului aflat în
limitele 6-7 mm. Acest fenomen poate fi explicat prin faptul că cu mărirea presiunii creşte
semnificativ coeficientul K = γb/ (raportul dintre masa volumetrică a bagasei şi respectiv a
materiei prime, kg/m3).
Din comparaţiile evoluţiei gradului de extragere (relaţia 34 , fig. 11) rezultă că forţa
de presare influenţează cel mai mult asupra gradului de extragere a sucului de sorg
zaharat, urmată, respectiv, de turaţiile valţurilor şi apoi de jocul iniţial dintre valţuri (|b2|>
|b3| > | b1 |). Variabilele independente la puterea a doua formează curbura suprafeţei de
replică, având influenţa inversă asupra gradului de extragere cu ponderea cea mai mare a
jocului iniţial urmat de turaţiile valţurilor (|b11|> |b33| > |b22|).
21
Urmărirea graficelor efectelor dominante ale regimurilor tehnologice asupra
gradului de extragere (fig. 11) evidenţiază clar caracterul parabolic al dependenţei GE de
regimurile tehnologice (sin, P, n). Totodată se constată existenţa, în domeniul de cercetare,
a unor valori critice pentru jocul iniţial şi pentru turaţiile valţurilor cu lipsa acestora pentru
forţa de presare.
Astfel, gradul maxim de extragere a sucului are loc în următoarele condiţii
tehnologice: jocul iniţial dintre valţuri 5÷7 mm, turaţia valţurilor 10÷11 min-1, forţa de
presare -maximum posibilă (150kN).
În cazul când turaţia valţurilor depăşeşte 11 min-1, gradul de extragere se
micşorează brusc, cunoscând o dependenţă brusc descendentă din cauza scăderii
proporţionale a perioadei de influenţă asupra masei vegetale a forţei de presare. Acest
fenomen majorează şi rezistenţa hidraulică la curgerea sucului.
Dependenţa productivităţii procesului de presare Qmv de cei trei factori (jocul
iniţial, forţa de presare şi turaţia valţurilor) este reflectată de următoarea ecuaţie de
regresie. Qmv = 0,3 + 0,946 𝑥1 - 0,086 𝑥2 + 0,49𝑥3 – 0, 0659𝑥1
2 + 0,032𝑥1𝑥3 + 0,0004 𝑥22 +
+0,0038𝑥2𝑥3 – 0,028𝑥32. (35)
Analiza modelului (35), prezentat în figura 12, demonstrează corectitudinea
ipotezelor teoretice înaintate anterior referitor la dependenţa productivităţii Qmv de
regimurile tehnologice. Astfel cel mai mult influenţează productivitatea extragerii sucului
viteza de rotire a valţurilor. Mărirea turaţiilor de la 7 min-1 până la 15 min-1 sporeşte
productivitatea de la 4,8 t/h până la 9,0 t/h. O scădere mică a dinamicii de creştere a
productivităţii la turaţii mari ale valţurilor se datorează, probabil, patinării tulpinilor pe
suprafaţa valţurilor.
Mai complexă este dependenţa productivităţii de jocul iniţial dintre valţuri şi forţa
de presare, deoarece mărirea acestora permite creşterea grosimii stratului h al materiei
prime şi doar după această mărire – creşterea productivităţii. Prin urmare, majorarea forţei
de presare P de la 90 până la 150 kN are drept consecinţă creşterea productivităţii de la
6,5 până la 9,2 t/h (fig.12) şi concomitent a gradului de extragere GE de la 27 până la
36% (fig.11). Variabilele independente la puterea a doua determină curbura suprafeţei de
răspuns, ea fiind mai pronunţată la schimbarea jocului iniţial. Aceasta se întâmplă,
probabil, din cauza scăderii masei în vrac a stratului de tulpini pentru sin= 9 … 10 mm.
Puterea necesară pentru acţionarea cuplului de valţuri, în condiţiile domeniului de
cercetare realizat în experimentele noastre, depinde de regimurile tehnologice conform
următorului model:
Figura 11. Variația gradului de
extragere a sucului funcție de
regimurule tehnologice: a) forţa
P = 150kN, turaţia n =10min-1; b)
jocul sin=6,5 mm; n=10min-1, c)
sin =6,5mm, P=150kN.
22
N = 3,83-0,53𝒙𝟏-0,047𝒙𝟐-0,043𝒙𝟑+0,05𝒙𝟏𝟐+0,0003𝒙𝟐
𝟐 +0,004𝒙𝟐𝒙𝟑+0,013𝒙𝟑𝟐. (36)
Din analiza ecuaţiei 36, vizualizată în figura13, se evidenţiază că puterea
consumată este influenţată nesemnificativ de jocul iniţial şi mult mai pronunţat de forţa
de presare şi de turaţia valţurilor. Această constatare experimentală corespunde, în
tocmai, calculelor teoretice prezentate anterior (formula 33), conform cărora puterea
consumată la presare este proporţională presiunii medii în zona de contact, gradului
subţierii stratului de materie primă şi vitezei unghiulare N=f (pm, ∆h, ω).
Analiza dinamicii puterii consumate funcţie de regimurile tehnologice evidenţiază
că odată cu schimbarea jocului iniţial în limitele 3 … 10 mm, puterea consumată se
menţine la nivel de 7,4±0,4kW, iar majorarea forţei de presare de la 90 până la 150 kN
conduce la mărirea puterii consumate de la 5,4 până la 9,4 kW. Influenţa cea mai
pronunţată asupra puterii consumate este cea exercitată de către viteza valţurilor. Mărirea
turaţiilor valţurilor de la 7 până 15 min-1 măreşte puterea consumată de la 4,4 până 10,2
kW.
Cercetările efectuate permit argumentarea valorilor optime ale parametrilor
tehnologici de stoarcere mecanică a sucului din tulpinile sorgului. Pentru condiţiile
studiate, valoarea optimă a jocului iniţial este situată în intervalul 5,5 ÷ 7,5 mm. Acest
joc asigură cel mai avantajos regim tehnico-economic: productivitate şi grad de extragere
maxime cu influenţă minimă asupra puterii consumate.
Totodată, gradul maxim de extragere a sucului cu productivitate maximă a
utilajului poate fi obţinut dacă forţa de presare este mai mare sau egală cu 150 kN. Evident
că acest lucru necesită valori maxime ale puterii consumate. Valoarea optimă a vitezei de
rotire a valţurilor este 10 ÷ 11 min -1. La această turaţie a valţurilor se obţine gradul cel
mai înalt de extragere a sucului din sorg zaharat.
Capitolul 4 prezintă argumentarea metodelor şi utilajelor pentru dozarea-
amestecarea componentelor biocombustibilului şi instalaţiilor de deshidratare a
Figura 12. Productivitatea
procesului de presare funcţie
de regimurile tehnologice:a)
forţa P = 150kN, turaţia n
=10min-1; b) jocul sin=6,5 mm;
turaţia n=11min-1, c) sin
=6,5mm, P=150kN
Figura 13. Variația puterii
consumate funcție de
regimurile tehnologice: a) forţa
P = 150kN, turaţia n = 11min−1;
b) joc sin = 6,5mm, n =11min−1; c) sin = 6,5mm, P =150kN
23
etanolului.Ţinând cont de recomandările studiului de fezabilitate şi rezultatele analizei
parametrilor hidrodinamici, au fost elaborate două metode şi utilaje pentru dozarea și
amestecarea componentelor biocombustibililor lichizi. Sunt argumentaţi teoretic şi
confirmat experimental parametrii constructivi şi hidraulici, care asigură dozarea
componentelor în instalaţii elaborate cu erorile relative mai mici de 0,2 - 0,5%.
La baza funcţionării instalaţiilor de dozare-amestecare propuse este principiul
curgerii lichidului prin orificiu sau conducta calibrată sub acţiunea suprapresiunii. Pentru
acest caz a fost elaborată formula care permite determinarea erorii de dozare a
componentelor lichizi :
%10011%100
g
ph
h
Q
QQ r
, (37)
unde Q şi Qr reprezintă debitele de curgere, respectiv cel nominal şi cel real (pentru р,S
şi constante); h – înălţimea coloanei de lichid la intrare în orificiul de evacuare, m;
∆ℎ, ∆𝑝 - abateri de la valori date ale înălţimii coloanei (m) şi presiunii (𝑃𝑎) a lichidului; 𝜌
- densitatea lichidului dozat, kg/m³; g – acceleraţia căderii libere, g = 9,8 m/s².
Deoarece biocombustibilii se produc în diferite condiţii, respectiv şi producţia
acestora se caracterizează atât prin productivitate diferită, cât şi prin compoziţia
amestecului, precizia de dozare etc. Pentru a face faţă acestei situaţii, principiul de
funcţionare a instalaţiei elaborate se bazează pe fenomenul curgerii lichidului prin orificiu
sub influenţa suprapresiunii. Totodată, simplitatea constructivă şi gabaritele mici
completate de precizia înaltă şi diapazonul larg de dozare îi atribuie acesteia
competitivitate în comparaţie cu alte instalaţii de acest tip.
Realizarea acestor deziderate a fost posibilă datorită anumitor particularităţi
constructive. Astfel, analizând valoarea erorii de dozare a instalaţiei „Biomixt”, s-a
constatat, că pentru creşterea preciziei de dozare este necesar
să fie mărită diferenţa dintre presiunea de la intrare р1 şi cea
de la ieşire р0 din orificiul de evacuare (vezi formula 37).
Această condiţie poate fi realizată dacă lichidul va curge
dintr-un rezervor ermetic cu o presiune р1р0 (fig. 14).
În rezervorul de lucru, presiunea necesară (р1р1) se
menţine cu ajutorul aerului comprimat din rezervor. Nivelul
lichidului dozat h se menţine constant, iar mai exact – în
diapazonul hh. Mărimile р1 şi h se stabilesc în regim
automat de către un sistem de dirijare proiectat special pentru
acest lucru.
Pentru realizarea condiţiilor descrise, este necesar ca debitul
Q de curgere prin orificiul calibrat cu secţiunea S să se afle în
diapazonul QQ, unde Q reprezintă eroarea debitului de
curgere. La rândul său, Q este determinat de suma erorilor
care apar la menţinerea suprapresiunii ∆p şi a nivelului h. Gradul cu care р şi h
Figura 14. Dozator cu
curgerea lichidului prin
orificiu calibrat (Vidineev
Iu.D., Bezmenov V.S.)
24
influenţează Q poate fi stabilit din analiza formulei 37, având în vedere, că %100
Q
Q
şi din care urmează că eroarea de dozare se micşorează odată cu creşterea ∆p. Deci,
0lim1
p.
Din grafic (fig. 15) rezultă că, pentru p>0,2106 Pa, înălţimea iniţială a coloanei
de lichid h, practic, nu influenţează eroarea . Aşadar, putem afirma, că odată cu mărirea
căderii presiunii, dependenţa =f(h) devine mai mica şi când р eroarea de dozare
nu depinde de mărimea h. De aici rezultă că pentru р1 cu valori mari, eroarea de dozare
depinde numai de erorile de menţinere a presiunii date în rezervorul de lucru.
Însă schema de dozare prezentată în figura 14 are un dezavantaj serios şi anume
dificultatea umplerii rezervorului cu lichid dozat în procesul de lucru al dozatorului.
Totodată aerul comprimat, treptat, se dizolvă în lichidul dozat. Cu cât este mai mare
căderea de presiune р, cu atât dizolvarea este mai pronunţată. De exemplu, în apă la
temperatura de 20ºС şi presiunea atmosferică normală, dizolvarea aerului constituie
0,0187 m3 de aer la 1 m3 de apă. Cu majorarea căderii de presiune р până la 0,3 MPа,
solvabilitatea aerului în apă este aproape triplă. Din acest motiv, nivelul lichidului în
rezervorul de lucru va creşte permanent până la umplere completă. Deoarece lichidul este
necomprimabil, menţinerea diferenţei de presiuni date р în acest caz va deveni
imposibilă fără utilizarea dispozitivelor suplimentare, de exemplu, a unui amortizor cu
membrană.
Pentru excluderea acestui
dezavantaj a fost elaborat dozatorul
(fig. 16), în care presiunea р1 se
menţine printr-o metodă combinată şi
anume prin furnizarea în rezervorul de
lucru a lichidului dozat sau a aerului
comprimat.
Pentru trecerea de la un regim
la altul şi pentru controlul nivelului de
lichid în rezervor, pe peretele lateral al
rezervorului de lucru au fost instalate
traductoare de nivel maxim şi de nivel
minim. Atât timp, cât nivelul
lichidului n-a atins valoarea maximă, diferenţa de presiuni р se menţine datorită
furnizării lichidului în rezervorul de lucru. Imediat cum nivelul maxim a fost atins,
diferenţa de presiuni р se menţine deja datorită furnizării aerului comprimat în
rezervorul de lucru. La scăderea nivelului lichidului până la traductor (min) р începe din
nou să fie menţinută prin furnizarea de lichid dozat.
Funcţionarea sigură a dozatorului prezentat în figura 16 este condiţionată de
corectitudinea alegerii parametrilor geometrici şi coordonatelor de instalare a
traductorilor de nivel. Dimensiunea de bază Н (înălţimea rezervorului de lucru) se
Figura 15. Eroarea de dozare funcţie de
suprapresiunea p din rezervorul de lucru pentru
diferite înălţimi ale coloanei de lichid
25
impune în conformitate cu schema generală a dispozitivului, în care va fi instalat
dozatorul. În acest caz, volumul total al rezervorului va fi exprimat prin formula:
4
2HDSHV
, (38)
unde S este suprafața secțiunii transversale a rezervorului de lucru indiferent de
formă; D, Н – respectiv diametul şi înălţimea rezervorului de lucru.
Volumul V este ocupat de aer până la furnizarea lichidului în rezervorul de lucru.
În acest caz presiunea în interiorul rezervorului este egală cu cea atmosferică р0
(suprapresiunea р=0). La furnizarea lichidului în rezervor, aerul se comprimă până la
volumul Vag și presiunea lui absolută р1 creste conform legii Boli -Marriott (р1•Vg = const.
pentru valori constante ale masei și temperaturii gazului). Însă, în acest caz, dacă neglijăm
creșterea temperaturii la comprimare, conform legii menționate, va avea loc proporția:
o
o
og p
pp
p
p
V
V 1
, (39)
de unde:
o
og
pp
pVV
sau
1o
g
p
p
VV , (40)
unde Vg este volumul aerului comprimat.
Substituind valoarea V din formula (38) în formula (40), obţinem:
14
2
o
g
p
p
HDV
. (41)
Cunoscând volumul aerului comprimat Vg şi ţinând cont de faptul că lichidul
ocupă restul volumului rezervorului de lucru putem scrie:
1
11
44
0
22
p
p
HDV
HDV gl
. (42)
Din această egalitate determinăm înălţimea h, la care se ridică lichidul în
rezervorul de lucru la atingerea suprapresiunii date р1*:
1
11
op
pHh . (43)
După cum reiese din formula 43, nivelul lichidului h în rezervorul de lucru al
dozatorului nu depinde de forma şi dimensiunile acestuia, ci doar de înălţimea totală a
26
rezervorului Н şi de valoarea căderii presiunii р. Înălţimea h1 (fig. 16), la care se
instalează traductorul de nivel maxim al lichidului, se stabileşte prin adausul la înălţimea
h, calculată prin formula 43, a mărimii
2
hH . (44)
În baza rezultatelor cercetărilor teoretice şi experimentale sunt elaborate instalaţii
pentru prepararea amestecurilor lichide „Biomixt” şi „Biomixt-Pres”.
Pentru deshidratarea etanolului până la fracţia alcoolului absolut 98-99% vol. este
elaborată instalaţia cu 2 coloane umplute cu site moleculare. Funcţionarea în regim
automat a acestei instalaţii este asigurată de un sistem electronic original.
Capitolul 5 este consacrat argumentării
teoretice şi experimentale a compoziţiei
amestecurilor alcoolilor monoatomici (etanolului,
butanolului) cu benzină. Sunt studiate concomitent
pentru elemente constituente (alcooli, benzină) şi
amestecurile lor proprietăţile fizico-chimice şi de
exploatare: distilarea, presiunea vaporilor, cifra
octanică, agresivitatea corosivă, densitatea,
viscozitatea, stabilitatea fazică, comportarea la
temperaturi joase.
În baza cercetărilor de stand au fost ridicate
caracteristicile de viteză şi de reglare ale MAS
alimentate cu amestecuri duble şi triple ale
etanolului, butanolului cu benzină. A fost estimată
componenţa gazelor de eşapament. Sunt confirmate
rezultatele cercetărilor teoretice şi experimentale
privind compoziţia optimă a biocombustibililor
(fracţia volumetrică a alcoolilor – 20 - 30%) şi condiţiile de funcţionare a motorului, care
determină valorile eficiente ale parametrilor energetici (momentului de torsiune, puterii),
economici (consumului orar şi specific al combustibilului), ecologici (ratelor de evacuare
ale substanţelor nocive).
Este demonstrat, că datorită majorării amplitudinii de ardere a biocombustibililor
performanţele MAS sunt identice celora, care au motoare alimentate cu benzină cu cifra
octanică înaltă, iar concentraţia substanţelor nocive rezultate de la arderea
biocombustibililor se reduce în raport cu cele degajate de la arderea benzinei.
Studiul teoretic al procesului de combustie în MAS demonstrează că acesta depinde
de mulţi factori, principalii dintre care sunt calculaţi pentru amestecuri cu diferite fracţii
ale etanolului (tab.2). Realizarea studiilor teoretice a permis să fie determinate condiţii
pentru arderea performantă a biocombustibilului în motor: raportul dintre fracţiile
alcoolului (până la 25-30% vol.) şi a benzinei, parametrii constructivi ai camerei de
ardere, sistemului de alimentare şi regimul termic al motorului). După estimările noastre
aceste condiţii asigură compensarea reducerii a căldurii inferioare de ardere a
biocombustibilului datorită majorării randamentului al procesului de ardere (scăderea
Figura 16. Schema dozatorului cu
acţiune continuă combinată de
menţinere a suprapresiunii
27
pierderilor energiei din cauza arderii incomplete Qa.in, disociaţiei moleculelor Qdis şi cu
gaze de eşapament Qg.e.).
Pentru valorificarea eficientă a potenţialului energetic al amestecurilor alcool-
benzină au fost cercetate proprietăţile fizico-chimice şi de exploatare ale acestora (tab. 3),
ţinînd cont de condiţiile argumentate teoretic.
Tabelul 2 Parametrii extrapolaţi ai ecobenzinelor cu procentaj diferit de etanol
Denumirea parametrilor Conţinutul fracţiei C2H5OH, % volum
0 10 20 30 40 50 70 80 100 Masa moleculară a combustibilului
mc, kg/kmol 114 107,2 100,4 93,6 86,8 80,0 66,4 59,6 46
Cantitatea calculată a:
- oxigenului Ot, kg/kg comb. 3,44 3,31 3,17 3,03 2,9 2,76 2,49 2,36 2,08
- aerului lt, kg/kg comb. 14,96 4,37 13,777 13,19 12,6 12,01 10,83 10,24 9,06
- Lt, kmol/ kg comb 0,5168 0,497 0,476 0,456 0,435 0415 0,374 0,354 0,313
Cantitatea amestecului de ardere:
- M1, kmol/kg comb. 0,526 0,506 0,486 0,466 0,447 0,427 0,389 0,371 0,335
- m1, kg/kg comb. 15,96 15,37 14,777 14,19 13,6 13,009 11,83 11,24 10,06
Concentraţia masică a
combustibilului în amestec
stoechiometric, % 6,27 6,51 6,77 7,05 7,35 7,69 8,45 8,9 9,94
Gradul majorării consumului
specific teoretic al ecobenzinelor în
raport cu benzina
1,0 1,038 1,08 1,124 1,172 1,226 1,348 1,419 1,586
Puterea calorifică inferioară NCV:
- a combustibilului MJ/kg , 43,5 41,83 40,16 38,49 36,82 35,15 31,81 30,14 26,8
- a amestecului de
ardere,MJ/kmol am. 82,76 82,72 82,64 82,53 82,40 82,24 81,73 81,34 80,07
- MJ/kg am. 2,726 2,722 2,718 2,713 2,708 2,702 2,689 2,682 2,664
Variaţia molară, ΔM, 410 kmol/ kg 274,8 276,4 277,2 277,1 275,8 273 262 252 216
Raportul variaţiei molare, μ 1,052 1,055 1,057 1,059 1,062 1,064 1,067 1,068 1,065
𝐾 =𝑀1
𝑏
𝑀1𝑒𝑐𝑜 1 1,04 1,082 1,129 1,177 1,232 1,352 1,418 1,57
αconv 1 1,001 1,003 1,005 1,008 1,012 1,022 1,029 1,052
Studiul proprietăţilor ale amestecurilor alcool monoatomic-benzină a permis de
efectuat etapa a doua de argumentare a compoziţiei acestora şi a condiţiilor de combustie
(etapa 1 – studii teoretice). Drept etapa a treia au servit cercetări de stand ale motoarelor
alimentate cu ecobenzine.
Caracteristici de viteză ridicate pe stand MPB 100 cu motorul ZMZ – 53 (gradul
de comprimare 𝜀 = 6,7) şi cu motoare VAZ (𝜀 = 8,5) în multe cazuri coincid după forma
lor. La sarcina parţială Pi/Pe=55% a motorului VAZ (fig. 17a,b) caracteristicile de viteză
sunt foarte asemănătoare şi ca formă şi ca valoare. Alimentarea motorului cu benzină
Regular-92 şi amestecuri 1SA92, 2SA76 a rezultat caracteristicile Pe şi ge, practic,
identice pentru toate cele trei amestecuri. Amestecurile 2SA92, 3SA76 şi 3SA80 au
dezvoltat aceleaşi valori ale puterii motorului (10-22 kW) în diapazonul de turaţii 1500-
3000 min-1. Consumul specific al motorului alimentat cu aceste amestecuri este mai mare
cu cca. 100 g/kW•h ca în cazul alimentării cu benzină Regular-92. Este necesar să se
menţioneze, că în diapazonul turaţiilor mici (1500-2000 min-1), rezultate încă şi mai rele
28
au fost obţinute pentru amestecul 5SA76 (∆ge≈180 g/kW•h, ∆Pe≈5kW). Rezultate
asemănătoare cu cele obţinute la sarcina motorului λ=55% au fost marcate şi în cazul
încercărilor realizate la sarcinile λ= 70,85 şi 100% (fig. 17 c,d).
După cum demonstrează studiul teoretic, prezintă un interes deosebit dependenţa
parametrilor motorului (Pe, ge) de concentraţia etanolului în amestec cu benzină la diferite
sarcini λ şi turaţii n ale arborelui cotit. Cercetările, la această fază, au fost realizate
conform planului de gradul doi cu trei factori la trei niveluri B3. Nivelurile factorilor de
influenţă au fost aleşi în baza datelor cercetărilor monofactoriale din acest capitol şi sunt
prezentaţi în tabelul 4. În calitate de funcţie de răspuns au servit puterea motorului Pe (y1)
şi consumul specific de combustibil ge (y2).Cercetările au fost realizate la temperaturi
constante ale agentului termic din sistemul de răcire al motorului (70-80 0C) şi al mediului
din laborator (20±2oC).
Tabelul 3. Proprietăţile fizico-chimice şi de exploatare ale amestecurilor combustibile
cu alcooli monoatomici
Denumirea
caracteristicilor
Caracteristicile combustibilior
Ben
zin
ăN
-80
(rea
l
ob
ţin
ut/
no
rmă
SM
22
6)
Bu
tan
ol(
N-b
uta
n)
Bu
tan
ol
10
%+
Ben
zin
ă
90
%
Bu
tan
ol2
0 %
+ B
enzi
nă
80
%
Eta
no
l F
EA
20
%+
Ben
zin
ă 8
0%
Eta
no
l F
EA
E 20
(Etanol
20%+Benzi
nă 80%)
80
% +
Bu
tan
ol
20
%
Distilare:
- temperatura iniţială de
distilare, ºC
42>35* 110 43 40 40 76 43
-temperatura distilării, ºC
pentru:
10% vol. 55/<75* 113 55 52 48 77 53
50% vol. 85/<120* 116 87 89 67 78 84
90% vol. 154/<190* 116 154 147 145 83 120
- punct final de distilare, ºC 194/<215* 116 194 192 192 95 193
- reziduu, % vol. 1,3 / <2* 1,0 1,2 1,2 1,2 0,1 1,4
- reziduu +pierderi, % vol 2,5 / <4* 2,0 2,5 2,0 2,0 0,5 2,0
Cifra octanică COM 75,5 86,5 77,3 78,8 84,9 91* 84,6
Densitate (20˚C), kg/m3 728/<775* 797 733 739 745 806/790* 750
Viscozitate cinematică
(20˚C), mm2/s 0,57 3,64 0,65 0,73 0,69 1,52 0,91
Punct de tulburare (de
fierbere/congelare)*, ˚C < -60
(35/-215)*
<-60(107/-
108)* < -55 < -55 < -55
(78,3/-
114,5)* < -55
Presiune de vapori, kPa 54,3/<80* 4 50,9 47,5 58,7 23* 50,9
Indice de neutralizare, mg
KOH/100cm3 0,12/<3* 0,56 0,14 0,16 0,18 0,20
Gume actuale, mg/100cm3 1,4/<5* 0,8 1,2 0,9 1,05 0,7
Legendă: * Conform normativelor sau datelor informative; Etanol FEA – fracţia etero-aldehidă a etanolului
29
În rezultatul prelucrării datelor experimentale au fost obţinute următoarele modele
regresionale multifactoriale, care adecvat exprimă evoluţia puterii Pe şi a consumului
specific ge funcţie de compoziţia combustibilului Ce şi regimurile de funcţionare a
motorului (Pi / Pe, n):
Pe=11,84+0,35X1+0,42X2-0,021X3-0,006X12-0,0046X2
2+0,00019X2X3+0,000004X32, (45)
ge=-343,3-1,96X1-1,44X2+0,6X3+0,07X21+0,025X2
2-0,001X2X3-0,0001X23. (46)
Analiza modelului matematic de regresie 45, vizualizat în figurile 18 şi 19, permite
constatarea următoarelor:
a) puterea efectivă a motorului este influenţată cel mai mult de către sarcina
motorului Pi/Pe, urmată de turaţia arborelui motor şi, cel mai puţin, de către conţinutul de
etanol |b2| | b3| |b1|;
b) puterea motorului creşte cu mărirea adaosului de etanol, cunoscând un maximum
la 20-25% concentraţie etanol. Adaosul în continuare a etanolului în benzină conduce la
micşorarea, relativ lentă, a puterii motorului;
c) coeficientul de sarcină a motorului Pi/Pe influenţează mai pronunţat puterea
motorului, valorile maxime corespunzând coeficientului de sarcină Pi/Pe = 95-100%;
d) dependenţa puterii motorului de turaţia arborelui cotit, practic, poartă un caracter
liniar, |b33| având o valoare foarte mică.
Figura 17. Puterea şi consumul specific de combustibil al motorului de tip VAZ funcţie de turaţia
arborelui cotit la diferite sarcini Pi/Pe: B – benzină Regular 92, 1S A92 ÷ 5S A76 – amestecuri etanol
(10÷50% vol.) – benzină (Regular 92, Normală -76,-80)
Modelul 46 şi figurile 20 - 21 estimează consumul specific de combustibil al
motorului VAZ 2103, care permite formularea următoarelor constatări:
c) d)
30
a) consumul specific al motorului VAZ 2103 depinde, în primul rând de conţinutul
de etanol, apoi de coeficientul de sarcină şi, în ultimul rând, de turaţia arborelui motor |b1|
|b2| |b3|;
b) consumul specific optim al motorului VAZ 2103 este asigurat atunci când
adaosul de etanol este de 10 – 25%, iar coeficientul de sarcină 60 – 90%;
c) adaosul de etanol mai mult de 30% măreşte brusc consumul specific al
motorului, ajungând la 410 g/kWh (Ce= 40% vol.).
Tabelul 4. Nivelul factorilor de influenţă în planul de cercetare Box-Behnken 3³
Reieşind din ambele modele de regresie – pentru puterea şi pentru consumul
specific al motorului VAZ 2103, prin metoda optimizării prin compromis, se poate
recomanda următoarele caracteristici: conţinut etanol în ecobenzină Ce= 15÷25 % vol.,
coeficientul de sarcină Pi/Pe=70÷90%, turaţiile arborelui cotit n = 2500÷3000 min-1.
Totodată, este important să reţinem că majorarea puterii motorului şi reducerea
Factorii
Valori naturale Niveluri valorilor
codate
Niveluri Interval
de variaţie inferior de bază superior
inferior de bază superior
𝑋1 – fracţia etanolului în
amestec 𝐶𝑒 , % vol. 0 20 40 20 -1 0 +1
𝑋2 – sarcina motorului 𝑃𝑖/𝑃𝑒,% 40 70 100 30 -1 0 +1
𝑋3 – turaţiile arborelui cotit
n, 𝑚𝑖𝑛−1 2000 2500 3000 500 -1 0 +1
Figura 18. Suprafața de răspuns al puterii
motorului VAZ 2103 estimată în funcţie de
fracţia etanolului în amestec cu benzină şi
coeficientul de sarcină al motorului
(turaţia arborelui cotit n = 2500 min-1)
Figura 19. Efectele medii ale
fracţiei etanolului, coeficien-tului
de sarcină Pi/Pe şi turației
arborelui cotit n asupra puterii
motorului VAZ 2103:
a) Pi/Pe=70%, n=2500min-1;
b) Ce=20%vol., n=2500min-1;
c)Ce=20%vol., Pi/Pe=70%.
31
consumului specific de combustibil al motorului VAZ 2103, implicit, cere mărirea
concomitentă a sarcinii Pi / Pe şi turaţiilor arborelui cotit.
Astfel, rezultatele cercetărilor de stand ale motoarelor ZMZ 53 şi VAZ 2103,
practic, coincid cu ipotezele teoretice înaintate, ce ne permite să afirmăm că adaosul până
la 30% vol. etanol în benzină permite obţinerea aceloraşi performanţe ale motorului, ca
şi în cazul alimentării lui cu benzină pură cu cifra octanică înaltă.
Cercetările efectuate, în continuare, pe un alt stand (M2812-4, Cehia) demonstrează
că creşterea turaţiei arborelui cotit până la 4000 𝑚𝑖𝑛−1 şi adăugarea butanolului în
amestecurile binare B10, B20, B30 (butanol-10, 20, 30% vol., respectiv, benzina Normală
80-restul) şi triple E16 B16 (etanol – 16% vol., butanol – 16% vol., benzina Normală 80-
restul), practic, nu schimbă nimic în esenţa fenomenelor de funcţionare a motorului (tab.
5). Receptivitatea motorului VAZ, alimentat cu biocombustibil, este cea mai înaltă la
sarcini λ 50%. În acest caz, majorarea turaţiilor de 1,75 ori (3500/2000 min-1) are drept
consecinţă sporirea puterii de 1,52-1,87 ori. Totodată, consumul specific de combustibil,
la deschiderea clapetei obturatorului λ 50% variază în intervalul ge=264÷352 g/kWh,
iar la %50 consumul specific este mai mare (270 ÷ 430g/kWh).
În cadrul studiului teoretic a fost argumentat că prezenţa alcoolilor monoatomici în
amestec cu benzină influenţează procesul de ardere. Prin urmare, este posibilă
schimbarea componenţei produselor de ardere. Analiza gazelor de eşapament la
motoarele de tip VAZ (ε=8,5) demonstrează că, în cazul alimentării motorului cu benzină
pură Premium-95, concentraţia CO nu depăşeşte normele admisibile, însă concentraţia
hidrocarburilor CH depăşeşte aceste norme (tab.6). Alimentarea motorului cu amestec
etanol-benzină Normală 80 (20:80% vol.) permite încadrarea concentraţiei CO şi CH în
Figura 21. Suprafața de răspuns al
consumului specific al motorului VAZ
2103 estimată în funcţie de fracţia
etanolului în amestec cu benzină şi
coeficientul de sarcină al motorului (turaţia arborelui cotit n = 2500 min-1)
Figura 20. Efectele medii ale fracţiei
etanolului, coeficientului de sarcină
Pi/Pe şi turației arborelui cotit n
asupra consumului specific al
motorului VAZ 2103:a) λ =70%,
n=2500min-1;
b)Ce=20%vol., n=2500min-1;
c)Ce=20%vol., Pi/Pe=70%
32
limitele admisibile conform GOST 17.2.2.03 stabilite pentru motoare cu 4 cilindri.
Diminuarea concentraţiei CO în gazele de eşapament ale motorului alimentat cu amestec
etanol-benzină, după parcursul a 32 şi 64 km, este cauzată probabil de creşterea
temperaturii motorului şi arderea mai completă a carbonului.
Tabelul 5.Performanţele motorului VAZ 2101, alimentat cu diferite ecobenzine şi cu
diferite sarcini (stand M2812-4)
Denumirea parametrilor
Valorile parametrilor în funcţie de sarcina motorului 𝝀 (%)
35 50 65 80
E20 B20 E20 B20 E20 B20 E20 B10
Puterea 𝑃𝑒 , (kW) la n(min-1):
2000 10,7 10,6 12,9 12,9 14,5 14,2 14,6 13,2
2500 10,8 10,9 14,5 14,7 16,9 17,6 17,7 18,2
3000 10,4 10,6 16,0 16,5 18,7 20,4 20,8 23,1
3500 9,3 9,8 16,8 17,1 22,1 22,1 23,8 24,7
Gradul de majorare 𝑃𝑒3500/𝑃𝑒
2000 0,87 0,92 1,3 1,33 1,52 1,56 1,63 1,87
Consumul specific 𝑔𝑒, (g/kWh) la n (min-1):
2000 310 305 270 270 264 271 273 284
2500 325 315 320 288 298 283 303 277
3000 370 340 345 314 328 302 316 347
3500 430 400 356 319 352 314 311 299
Alimentarea consecutivă în cadrul cercetărilor de stand a unuia şi aceluiaşi motor
cu benzină şi amestec etanol-benzină a demonstrat dependenţa concentraţiei substanţelor
nocive în gazele de eşapament de reglarea parametrilor motorului (secţiunii jicloarelor
carburatorului, unghiului de avans la aprindere).
Tabelul 6. Componenţa gazelor de eşapament la motoarele VAZ-2103
Nr.
crt.
Marcă automobil,
(Nr.de
înregistrare)
Tipul
combustibilului
Parcurs în
timpul
încercărilor,
km
Concentraţia substanţelor
nocive la anumite turaţii, min-1
CO, % vol. CH, ppm
900 3000 900 3000
1 IJ-2717 (CIK-390) Benzină Premium 95 0 0,33 1,68 1344 1957
2 IJ-2717 (CHV-927) Amestec E20 0 2,22 2,05 361 525
3 IJ-2717 (CHV-927) Amestec E20 32 0,69 0,23 671 246
4 IJ-2717 (CHV-927) Amestec E20 64 0,23 0,25 990 446
5 Norme admisibile,
GOST 17.2.2.03 3,5 2,0 1200 600
După cum s-a menţionat, concentraţia CO şi CH în gazele de eşapament depinde şi
de temperatura motorului. Astfel, majorarea temperaturii lichidului de răcire de la 60˚C
până la 80˚C a permis scăderea concentraţiei substanţelor nocive cu 20...45%, în cazul
alimentării motorului cu amestec etanol-benzină. Cauza acestui fenomen pozitiv este
33
asigurarea unor condiţii mai bune pentru arderea ecobenzinei, mai ales în spaţiul adiacent
pereţilor cilindrului motor.
În Capitolul 6 sunt prezentate rezultatele activităţii de valorificare a cunoştinţelor
obţinute (încercărilor de exploatare ale tehnologiei şi mijloacelor tehnice pentru
recoltarea-procesarea sorgului zaharat, ale motoarelor alimentate cu amestecuri E20 (20%
vol. etanol - 80% vol. benzină) şi B20 (20% vol. butanol - 80% vol. benzină). Rezultatele
încercărilor, efectuate împreună cu specialiştii Staţiei de Stat pentru Încercarea Maşinilor,
confirmă funcţionalitatea şi eficienţa elaborărilor realizate în cadrul prezentei teze.
Tot în capitolul 6, în temeiul argumentării tehnico-economice, se justifică
oportunitatea utilizării tehnologiei şi mijloacelor tehnice elaborate la recoltarea-
procesarea sorgului zaharat, dozarea-amestecarea componentelor biocombustibilului;
precum şi compoziţiilor propuse de biocombustibili pentru alimentarea MAS.
Rezultatele obţinute în prima etapă a încercărilor exploataţionale (anul 2007) au
demonstrat necesitatea micşorării puterii consumate de către combină (fig. 1). Prin
urmare, au fost perfecţionate următoarele ansambluri ale combinei: vindrover, aparatul
de alimentare, dispozitivul pentru tăierea paniculelor, camera pentru separarea frunzelor
de tulpini, mecanismul de acţionare. Modificările efectuate au permis majorarea vitezei
de deplasare a combinei până la 5,54 km/h şi, respectiv, a productivităţii până la 0,78
ha/h.
Perfecţionarea sistemului de acţionare hidraulică, prin reducerea numărului de
motoare hidraulice şi optimizarea parametrilor acestora, a micşorat semnificativ
momentul de torsiune al arborelui prizei de putere necesar pentru condiţii identice de
lucru. De exemplu, puterea de acţionare APP la treapta 2M de transmisie a tractorului s-
a redus de la 29,9 până la 28,1 kW, cu reducerea simultană a consumului specific de
combustibil de la 19,8 până la 18,5 kg/ha.
În cadrul încercărilor de exploatare s-a demonstrat că combina de recoltat sorg
zaharat, elaborată la ITA “Mecagro”, satisface cerinţele agrotehnice. Combina asigură
tăierea şi mărunţirea calitativă a tulpinilor cu lungimea fragmentelor în limitele lf =
150÷200 mm.
În procesul încercărilor linia tehnologică pentru procesarea sorgului zaharat (fig.
2) în anul 2007 avea o productivitate de până la 9t/h cu gradul de extragere până la 40%.
Aici este necesar de menţionat, că seceta din anul 2007 a influenţat negativ vegetaţia
plantelor, inclusiv a sorgului zaharat. Astfel, în acel an, s-a fixat o micşorare a diametrului
tulpinilor şi a conţinutului de umiditate ce a rezultat o majorare a conţinutului de glucide
în suc până la 15,7% şi o scădere a gradului de extragere GE de la 55÷61% (anii 2005-
2006) până la 36÷40% (anul 2007). Umiditatea remanentă a bagasei s-a micşorat de la
77% , în anul 2006, până la 56,8% - în anul 2007. Totodată, condiţiile climaterice ale
anului 2007 au demonstrat rezistenţa mult mai înaltă la secetă a sorgului zaharat în raport
cu alte culturi (porumb, floarea- soarelui etc.).
Pentru încercările realizate în etapa a doua din anii 2008 - 2009 au fost efectuate
unele perfecţionări. Astfel, la intrarea în linia tehnologică a fost montat un separator
aerodinamic, precum şi o presă intermediară cu trei valţuri. Aceste modificări au condus
la majorarea calităţii materiei prime după cum urmează: cota masică a fracţiilor de tulpini
cu lungimea 100 ÷150 mm a crescut de la 50% până la 60%; coeficientul curăţării
34
tulpinilor de frunze s-a majorat de la 0,73 până la 0,79; gradul de extragere a fost majorat
până la 45%.
Sucul extras a fost transportat şi procesat la fabricile specializate din Criuleni şi
Bulboaca (r-l Anenii Noi) cu participarea specialiştilor Institutului Naţional al Viei şi
Vinului (actualmente – Institutului de Horticultură). Etanolul obţinut a fost deshidratat
(fracţia alcoolului absolut – 98...99% vol.), folosind instalaţia cu sitele moleculare,
elaborată în cadrul prezentei teze (cap. 4). Etanolul deshidratat a permis efectuarea
cercetărilor şi încercărilor exploataţionale.
Încercările de exploatare au fost efectuate în două etape. În prima etapă încercările
s-au efectuat pe 3 automobile marca IJ 2717 dotate cu motor de tip VAZ 2103. Unul
dintre aceste automobile a servit în calitate de martor (nr de înregistrare CIK 390
alimentat cu benzină Premium – 95).
În rezultatul încercărilor de exploatare s-a constatat că automobilul de control a
consumat 4678 litri de benzină Premium – 95 la distanţa parcursă 37724 km, consumul
mediu de exploatare constituind 12,4 l/100 km. Automobilele experimentale au
consumat, în mediu 4311 litre ecobenzină E20 la distanţa medie parcursă egală cu 32786
km (consumul mediu de exploatare – 13,15 l/100 km). Astfel, consumul mediu de
exploatare al automobilelor experimentale este cu 6% mai mare în raport cu consumul
automobilului de control.
În a doua etapă automobilul martor a fost alimentat cu un amestec de 20% butanol
în benzină (ecobenzină B20). Automobilul testat a parcurs distanţa de 12870 km,
consumând 1583 litri (consumul mediu de exploatare – 12,3 l/100 km).
Pe parcursul realizării încercărilor a fost studiată componenţa, proprietăţile fizico-
chimice ale uleiurilor de motor şi efectuat un control vizual, precum şi măsurările
suprafeţelor de lucru ale motoarelor încercate. Drept rezultat al încercărilor de exploatare
este modificarea compoziţiei a ecobenzinei E 20 prin adăugarea inhibitorului de
coroziune în cantitate optimă şi obţinerea performanţelor energetice, economice,
ecologice, de fiabilitate şi durabilitate de funcţionare ale motoarelor, alimentate cu
ecobenzine E20, B20, identice sau superioare celora obţinute în cadrul alimentării cu
benzină Premium.
Un subcapitol separat este dedicat descrierii şi justificării tehnico-economice a
tehnologiei şi mijloacelor tehnice elaborate pentru producerea şi utilizarea
biocombustibillor în baza alcoolilor monoatomici. Rezultatele obţinute demonstrează
oportunitatea şi eficienţa folosirii elaborărilor realizate în prezentă teză.
CONCLUZII ŞI RECOMANDĂRI
Studiile şi cercetările teoretice şi experimentale întreprinse de către autor în vederea
perfecţionării bazei tehnico-ştiinţifice de cercetare-dezvoltare şi de elaborare a
tehnologiei şi a mijloacelor tehnice de producere şi utilizare a biocombustibililor cu
alcooli monoatomici pentru MAS au permis formularea unor concluzii finale care
constituie rezultatele ştiinţifice noi pentru soluţionarea unei probleme ştiinţifice,
aplicative, de importanţă majoră referitoare la tema analizată, după cum urmează:
1. S-a realizat o analiză sistemică a stadiului cercetărilor științifice din țară și
străinătate privind tendințele tehnologice și tehnice de valorificare a potențialului de
35
biomasă existent în Republica Moldova, s-a demonstrat raţionalitatea folosirii sorgului
zaharat în calitate de materie primă la producţia alcoolilor monoatomici, în special a
etanolului şi butanolului, în condiţiile Republicii Moldova, au fost argumentate tehnologia
de cultivare a sorgului zaharat şi necesitatea elaborării unui complex de mijloace tehnice
necesare atât pentru realizarea tehnologiei respective, cât şi pentru procesarea ulterioară a
sorgului zaharat pentru obținerea etanolului şi butanolului, s-a demonstrat posibilitatea
reducerii consumului de combustibili fosili şi soluționarea problemelor economice, ecologice
şi sociale prin valorificarea potențialului energetic al alcoolilor monoatomici.
2. Au fost argumentate cerinţele iniţiale pentru executarea mecanizată a operaţiilor
de recoltare și procesare a sorgului zaharat cu utilizare completă a produselor obţinute, s-
a demonstrat prin criterii tehnici, sociali și economici necesitatea elaborării, pentru
condiţiile Republicii Moldova, a unei combine cu productivitatea 13÷22 t/h, agregată de
tractor cu puterea motorului N ≥ 58kW, s-au sistematizat aspectele fundamentale și
bazele teoretice ale modelului fizic de tăiere, antrenare şi deplasare a masei vegetale în
vindrover cu organe de lucru rotative luând în considerare interacţiunea acestor organe în
dinamică şi s-au argumentat teoretic parametrii constructivi ai vindroverului, s-au
justificat parametrii combinei şi a staţiei pentru extragerea sucului (10 tone de tulpini pe
oră), s-a argumentat şi propus metodica de stabilire a numărului de mijloace necesare
pentru transportarea materiei prime şi a sucului de sorg zaharat obţinut la staţia de
procesare .
3. S-a conceput, elaborat și patentat metoda de dozare şi amestecare în flux a
componentelor biocombustibililor lichizi, pentru realizarea căreia au fost elaborate două
tipuri de instalaţii cu comandă automată, care se bazează pe principiul de curgere a
lichidului sub presiune printr-un canal de evacuare calibrat, s-a demonstrat teoretic şi
confirmat experimental că transportarea lichidului prin orificii sau prin conducte calibrate
posedă un caracter stabil, iar eroarea de dozare a raportului componentelor este minimă
(0,5%) în cazul când valorile suprapresiunii p sunt mai mari de 0,2 MPa, iar numărul
Reynolds Re104.
4. S-a demonstrat teoretic posibilitatea reducerii pierderilor de căldură la
alimentarea motoarelor cu amestecuri din etanol şi benzină în comparare cu pierderile
rezultate de la arderea benzinei, ce conduce la creşterea randamentului termic al motorului
şi la micşorarea conţinutului de toxice în gazele de eşapament, s-au estimat complex
proprietăţile fizico-chimice şi de exploatare ale combustibililor (benzină, etanol, butanol,
amestecuri din alcooli monoatomici cu benzină): distilarea, presiunea de vapori Reid
(PVR), cifra octanică, activitatea corozivă, comportarea la temperaturi joase, gume
actuale, densitatea şi viscozitatea.
5. Prin încercări de stand s-a demonstrat că, adaosul până la 30% de alcool
monoatomic în benzină cu componenţă nemodificată (cifra octanică redusă, COM
76...78) asigură motorului performanţe identice celor înregistrate la alimentarea MAS cu
benzină cu cifra octanică înaltă. Pentru motoare cu diferite grade de comprimare (=6,7
şi =8,5) sunt stabilite valorile optime ale regimurilor de funcţionare, inclusiv fracţia
alcoolului în ecobenzină - 10 … 25% vol. Aceste regimuri asigură motoarelor o
funcţionare stabilă şi eficientă, reducând concentraţia în gazele de eşapament a oxidului
36
de carbon CO şi hidrocarburilor CH. S-a constatat că caracteristicile de reglaj ale MAS
alimentate cu benzină şi celor alimentate cu ecobenzine posedă tendinţe identice odată cu
schimbarea componenţei combustibilului şi unghiului de avans la aprindere.
6. S-au obţinut ecuaţiile de regresie, care descriu adecvat influența interstițiului
iniţial dintre valţuri, a forţei de presare şi a turaţiei valţurilor asupra gradului de stoarcere
(extragere) a sucului crud, productivităţii procesului şi puterii consumate, de asemenea,
au fost obţinute ecuaţii de regresie cu privire la influenţa fracţiei volumetrice a etanolului,
sarcinii motorului, turaţiilor arborelui cotit asupra puterii MAS şi consumului specific de
combustibil.
7. În baza încercărilor de exploatare, s-a demonstrat că combina elaborată asigură
calitatea necesară a tulpinilor fracţionate cu productivitatea calculată de 0,59 ÷ 0,78 ha/h
(timp de bază), fiind agregatată de un tractor cu puterea motorului P ≥58kW, iar linia
pentru stoarcerea sucului de sorg zaharat, asigură executarea tuturor operaţiilor
tehnologice în condiţii optime, având o productivitate până la 10t/h cu gradul de extragere
a sucului crud GE = 45 ÷ 55%.
8. Încercările de exploatare a automobilelor alimentate cu diferiţi combustibili au
confirmat ipotezele înaintate anterior referitor la posibilitatea şi eficienţa utilizării
ecobenzinelor. S-a demonstrat, că pentru obţinerea amestecurilor etanol-benzină,
butanol-benzină este eficientă utilizarea benzinelor ieftine nemodificate, a căror cifră
octanică este cea mai mică (COM 76...78). De asemenea, s-a constatat că atât conţinutul
de microelemente (zinc, calciu, fier), cât şi proprietăţile uleiurilor din motoarele
alimentate cu ecobenzine au fost identice cu cele din motoarele alimentate cu benzină
estimate la schimbul de ulei.
9. Procesul tehnologic de recoltare-procesare a sorgului zaharat şi mijloace tehnice
respective sunt implementate la Institutul de Tehnică Agricolă „Mecagro”, Institutul
Ştiinţifico-Practic de Biotehnologii în Medicină Veterinară şi Zootehnie. Procesul
tehnologic de producere a amestecurilor combustibile E20, prescripţiile tehnice şi
standardul de firmă „Amestecuri combustibile etanol-benzină pentru MAS. Ecobenzine”
sunt implementate la ITA “Mecagro” şi SRL „Garma-Grup” (s. Fârladeni, r. Hânceşti).
10. Estimările tehnico-economice ale elaborărilor realizate în teza de doctorat au
arătat că implementarea liniei tehnologice propuse va asigura un efect economic în sumă
de 860,3 mii lei/an (60,3 mii $/an). Analizele previzionale au arătat că, pentru asigurarea
necesităţilor Republicii Moldova cu ecobenzină E20 (182 mii m³/an) sunt necesare 467
mii t de suc de sorg zaharat anual. Pentru obţinerea acestei cantităţi de suc sunt necesare
62 ... 100 linii de extragere a sucului, implementarea cărora ar asigura un efect economic
anual în sumă de cca. 6 mil. $. Costul de producţie al bioetanolului, obţinut conform
tehnologiei propuse de către noi, variază de la 0,47 până la 0,64 $/l, fiind de 1,04÷1,4 ori
mai mic ca cel al etanolului obţinut din porumb. Înlocuirea benzinei Regular 90, 92,
Premium 95 cu ecobenzina E20 va asigura un efect economic de 14,64 mil. $/an. Efectul
economic calculat de la implementarea instalaţiilor Biomixt pentru prepararea
amestecurilor combustibile constituie 380 mii lei/an (26,6 mii $/an). Implementarea
tehnologiei şi mijloacelor tehnice elaborate în prezenta teză asigură efectul economic
comun calculat cu valoarea pînă la 20 mil. $/an.
37
11. Rezultatele cercetărilor au fost folosite la fondarea bazei integrale pentru
soluţionarea complexă a problemelor ce ţin de studii marketing-cercetare-proiectare-
implementare în Republica Moldova. Drept urmare sunt formulate recomandări privind
proiectarea şi exploatarea combinei de recoltat si a presei de procesat sorg zaharat, a
utilajului de dozare- amestecare a componentelor biocombustibililor lichizi şi privind
exploatarea MAS alimentate cu ecobenzine. Sunt elaborate prescripţii tehnice PT MD 75-
03001224-031:2007, 3 standarde de firmă SF 03001224-031; 2012 „Amestecuri
combustibile etanol-benzină pentru motoare cu aprindere prin scânteie. Ecobenzine”, SF
65-03001224-034:2008 „Combina de recoltat sorg zaharat”, SF 65-03001224-035:2008
„Presă cu tăvălugi”, obţinute 21 brevete de invenţii.
Sugestii privind cercetările de perspectivă
Rezultatele obţinute până în prezent în domeniul biocarburanţilor lichizi din cadrul
acestei lucrări permit dezvoltarea unor noi direcţii de cercetare precum:
1. Investigarea altor surse de materie primă, disponibilă în Republica Moldova,
pentru obţinerea biocombustibililor lichizi, cum sunt potenţialul energetic disponibil,
parametrii de dezvoltare a culturii, capacitatea energetică, proprietăţile fizico-mecanice
etc.;
2. Cercetarea biocarburanţilor obţinuţi din sursele de biomasă identificate şi
argumentarea folosirii acesteia pentru obţinerea biocombustibililor lichizi;
3. Determinarea proprietăţilor fizico-chimice ale constituenţilor combustibililor
noi, elaborarea reţetelor de amestecuri alcooli monoatomici- benzină;
4. Realizarea unui ciclu de cercetări cu scopul extinderii domeniilor de utilizare a
metodelor şi mijloacelor tehnice elaborate în prezenta teză de doctorat prin
universalizarea acestora şi prin sporirea fiabilităţii şi disponibilităţii acestor mijloace;
5. Identificarea bunei practici de organizare interdisciplinară a ofertelor de inovare
promovate în Uniunea Europeană şi corelate cu cele existente la noi în ţară cu privire la
asigurarea calităţii biocombustibililor lichizi;
6. Determinarea influenţei combustibililor noi asupra caracteristicilor de exploatare
a motoarelor alimentate cu acest tip de combustibil şi a impactului asupra mediului
înconjurător.
PUBLICAŢIILE SELECTIVE ALE AUTORULUI LA TEMA TEZEI
Monografii colective
1. Hăbăşescu I., Cerempei V., Deleu V. şi alţ. Energia din Biomasă: tehnologii şi
mijloace tehnice. Chişinău: Bons Offices, 2009. ISBN 978-9975-80-301-4, 368 p., Articole ştiinţifice
2. Cerempei, V. Theoretical argumentation of parameters of a windrover stems
driving and evacuating working part. In:INMATEH – Agicultural Engineering, vol. 43,
no.2, 2014, Bucharest. p. 61 ÷72, ISSN 2068-2239, ISSN 2068-4215.
3. Cerempei V. Theoretical argumentation on the choise of values for the
parameters of the press designed to squeeze out the juice from plants stems. In:
INMATEH – Agicultural Engineering, vol. 44, no.3, 2014, Bucharest.p. 69÷79, ISSN
2068-2239, ISSN 2068-4215.
38
4. Hăbăşescu, I., Cerempei, V., Balaban, N. Experimental argumentation of press
parameters for squeezing juice. In:INMATEH – Agicultural Engineering,vol. 44, no.3,
2014, Bucharest. p. 79÷87. ISSN 2068-2239, ISSN 2068-4215.
5. Cerempei V. Amestecuri combustibile ale alcoolilor monoatomici cu benzina:
stabilitatea fazica. In: Ştiinţa Agricolă, 2010, nr. 2. p. 70-77. ISSN 1857-0003.
6. Cerempei V. Temperature influence on phase stability of ethanol-gasoline
mixtures. In: Chemistry journal of Moldova, 2011, nr. 6 (1). p.69-72.ISSN 1857-1727.
7. Cerempei V. Phase stability of monoatomic alcohol-gasoline mixtures for
different compositions and Hydrodynamic conditions. In: Chemistry journal of Moldova.
2011, nr. 6(1). p.73-76.ISSN 1857-1727.
8. Cerempei V. Study concerning the corrosive activity properties of monatomic
alcohol-gasoline blends. In: Chemistry journal of Moldova, 2011, nr.6 (2), p.36-44.ISSN
1857-1727.
9. Povar I., Cerempei V., Pintilie B., Physicochemical properties of the gasoline and
alcohol biofuel mixtures. In: Chemistry journal of Moldova, 2011, nr.6 (2), p.48-
52.ISSN 1857-1727.
10. Hăbăşescu, I.; Cerempei, V.; Balaban, N.; Molotcov, Iu.; Raicov, V. Soluţii
tehnice pentru producerea biocombustibililor lichizi. In: Intellectus.2014, (2),p. 86-96.
ISSN 1810-7079.
11. Hăbăşescu, I., Cerempei,V., Deleu,V. Biomasa – sursa importanta de energie
renovabilă. În: Agricultura Moldovei, Nr.12, 2004. p. 17…19. ISSN 0582-5229.
12. Cerempei V. Concepţia combinei de recoltat culturi furajere şi tehnice. În:
Materialele conferinţei internaţionale „Rolul culturilor leguminoase şi furajere în
agricultura Republicii Moldova”. Bălţi - Chişinău: Tipografia Centrală 2010, p. 240 –
246. ISNB 978-9975-78-883-0.
13. Hăbăşescu I., Cerempei V., Raicov V. Argumentarea parametrilor de bază ai
combinei de recoltat culturi furajere şi tehnice. În: Materialele conferinţei internaţionale
„Rolul culturilor leguminoase şi furajere în agricultura Republicii Moldova”. Bălţi -
Chişinău: Tipografia Centrală, 2010, p. 299 – 304. ISNB 978-9975-78-883-0.
14. Cerempei V., Povar I., Pintilie B. Proprietatile fizico-chimice ale amestecurilor
combustibile alcool monoatomic-benzina. In: Book of proceedings of the international
symposium “The environment and industry”, v.1,Bucharest, 2011, p. 247-254.
15. Cerempei V. Exploatarea motoarelor alimentate cu amestecuri alcool
monoatomic-benzină. În: Mat. conferinţei Ştiinţifico-Practice Internaţionale „Realizări şi
perspective în mentenanţa utilajului agricol şi a autovehiculelor ”, Chişinău: UASM,
2011, p.29-35.
16. Хэбэшеску И., Черемпей В., Райков В. Испытания комбайнов для уборки
грубостебельных культур. În: Mat. conferinţei Ştiinţifico-Practice Internaţionale
„Realizări şi perspective în mentenanţa utilajului agricol şi a autovehiculelor ”, Chişinău:
UASM,2011, p.137-144.
17. Cerempei V. Tendinţe în dezvoltarea sectorului energetic al economiei mondiale
şi naţionale. In: Mat. conferinţei Internaţionale „Energetica Moldovei – 2012”. Chişinău,
2012, p. 178-185. ISBN 978-9975-62-324-7.
39
18. Cerempei V. Producţia şi utilizarea alcoolilor monoatomici în scopuri energetice.
In: Mat. conferinţei Internaţionale „Energetica Moldovei – 2012”. Chişinău, 2012, p. 399-
409. ISBN 978-9975-62-324-7.
19. Hăbăşescu I., Cerempei V. Potenţialul energetic al masei vegetale din agricultura
Republicii Moldova. In: Mat. conferinţei Internaţionale „Energetica Moldovei – 2012”.
Chişinău, 2012, p. 355-360. ISBN 978-9975-62-324-7.
20. Hăbăşescu I., Cerempei V., Balaban N., Molotcov Iu., Raicov V. Valorificarea
potenţialului energetic al biomasei: soluţii tehnice. In: Mat. conferinţei Internaţionale
„Energetica Moldovei – 2012”, Chişinău, 2012, p. 350-355. ISBN 978-9975-62-324-7.
21. Hăbăşescu I., Cerempei V., Molotcov Iu., Ruschih D. Argumentarea parametrilor
instalaţiei pentru prepararea amestecurilor combustibile. In: Mat. conferinţei
Internaţionale „Energetica Moldovei – 2012”. Chişinău, 4-6 octombrie 2012. Chişinău:
2012, p. 343-350. ISBN 978-9975-62-324-7.
22. Hăbăşescu I., Cerempei V., Balaban N., Raicov V. Tehnologia recoltării şi
procesării sorgului zaharat în Republica Moldova. În: Materialele Simpozionului
Ştiinţific Internaţional „Agricultura Modernă – Realizări şi Perspective”. Chişinău:
UASM 2013, vol. 38.p.35-39, ISSN 978-9975.
23. ХэбэшескуИ., Черемпей В., Молотков Ю., Райков В. Установка для
исследования процессов прессования стеблей сахарного сорго. În: Materialele
simpozionului Ştiinţific Internaţional „Agricultura Modernă – Realizări şi Perspective”.
Chişinău: UASM. 2013, vol. 38, p. 39-43, ISSN 978-9975.
24. Cerempei, V. Theoretical argumentation of cutting part parameters of a
windrover. In: Proced. International Symposium ISB-INMATEH Agricultural and
Mechanical Engineering, Bucharest, 2013. p. 63÷69. ISSN 2344-4118, 2344-4126.
25. Cerempei, V. Argumentarea teoretică a parametrilor organului de antrenare şi
evacuare a tulpinilor unui vindrover. In:Proced. International Symposium ISB-
INMATEH Agricultural and Mechanical Engineering, Bucharest, 2013. p. 69÷81. ISSN
2344-4118, 2344-4126.
26. Cerempei, V. Motivarea teoretică a alegerii valorilor parametrilor presei pentru
stoarcerea sucului din tulpinile plantelor. In: Proced. International Symposium ISB-
INMATEH Agricultural and Mechanical Engineering, Bucharest, 2014. p. 54÷65. ISSN
2344-4118, 2344-4126.
27. Hăbăşescu, I., Cerempei, V., Balaban, N. Argumentarea experimentală a
parametrilor presei pentru stoarcerea sucului din tulpinile plantelor. In: Proced.
International Symposium ISB-INMATEH Agricultural and Mechanical Engineering,
Bucharest, 2014. p. 65÷74. ISSN 2344-4118, 2344-4126.
28. Хэбэшеску И.Ф., Черемпей В.А. Концепция развития инженерно-
технической системы в АПК Республики Молдова. В: Мат. Международной
научно-технич. конференции «Программа модернизации инженерно-
технологического обслуживания АПК как основа промыщленной и
образовательной политики», 20-21.11.2014, Москва: ГОСНИТИ т. 117, с.29÷34.
29. Hăbăşescu I., Cerempei V. Probleme şi tendinţe în domeniul cercetării şi
producerii tehnicii agricole în Republica Moldova. În: Materialele Conferinţei
40
internaţionale „Transferul de tehnologii în agricultura şi industria alimentară”. Chişinău:
AŞM, 2005. p. 40…48.
30. Hăbăşescu I., Cerempei V., Balaban N., Raicov V., Molotcov Iu. Contribution to
the Research, Production and Utilization of Liquid Biofuels in the Republic of Moldova.
În: Proceedings of the 5th UEAA General Assembly. Riga, Latvia, 2008. p. 103…109.
ISBN 978-9984-808-31-4.
31. Novorojdin D., Hăbăşescu I., Cerempei V. Utilizarea în MAI a combustibilului
produs din culturi fitotehnice. În: Lucrări ştiinţifice UASM. Chişinău: Centrul ed. UASM,
2005, v.13, p. 68÷72. CZU 631.171+378.663.
32. Hăbăşescu I., Cerempei V., Esir M., Novorojdin D. Indicii de performanţă a
motorului cu aprindere prin scînteie alimentat cu amestec etanol-benzină. În: Materiale
conferinţei internaţionale „Energetica Moldovei-2005”, Chişinău: AŞM, 2005.
p.672÷684. ISBN 9975-62-145-7.
33. Hăbăşescu I., Cerempei V., Molotcov Iu. Potenţial intelectual – factor determinant
al producerii surselor regenerabile de energie în Republica Moldova . În: Mater.
Conferinţei Internaţionale Ştiinţifico-practice „Probleme actuale ale economiei
proprietăţii intelectuale”, ediţia a V-a, Chişinău: AŞM, 2006. p.52-56.
34. Hăbăşescu I., Cerempei V., Balaban N., Molotcov Iu., Raicov V. Cercetarea,
producerea şi utilizarea biocombustibililor lichizi în Republica Moldova: starea şi
perspective. În: Culegere “Tehnologii şi mijloace tehnice pentru agricultură”. Chişinău:
Tipografia Centrală, 2008, p. 45-53.ISBN 978-9975-78-521-1.
35. Hăbăşescu I., Cerempei V., Balaban N., Raicov,V. Argumentarea tehnologiei de
recoltare şi prelucrare iniţială a sorgului zaharat. În: Culegere “Tehnologii şi mijloace
tehnice pentru agricultură”. Chişinău: Tipografia Centrală, 2008, p. 53-79.ISBN 978-
9975-78-521-1.
36. Hăbăşescu I., Cerempei V., Balaban N., Izman E. Argumentarea parametrilor de
bază ai utilajului pentru extragerea sucului din tulpini de sorg zaharat. În: Culegere
“Tehnologii şi mijloace tehnice pentru agricultură”. Chişinău: TipografiaCentrală, 2008,
p. 79-85. ISBN 978-9975-78-521-1.
37. Хэбэшеску И., Черемпей В., Молотков Ю.; Кожокарь С. Лабораторная
установка для дегидратации этанола. În: Culegere “Tehnologii şi mijloace tehnice
pentru agricultură”. Chişinău: Tipografia Centrală, 2008, p. 85-91. ISBN 978-9975-78-
521-1.
38. Хэбэшеску И., Черемпей В., Молотков Ю.; Кожокарь С. Исследование
конструктивных параметров установки для приготовления топливных смесей. În:
Culegere “Tehnologii şi mijloace tehnice pentru agricultură”. Chişinău: Tipografia
Centrală, 2008, p. 91-100.ISBN 978-9975-78-521-1.
39. Hăbăşescu I., Cerempei V. Contribuţii la studiul procesului de ardere al
amestecurilor etanol-benzină. În: Culegere “Tehnologii şi mijloace tehnice pentru
agricultură”. Chişinău: Tipografia Centrală, 2008, p. 100-119. ISBN 978-9975-78-521-1.
40. Hăbăşescu I., Cerempei V. Studiul caracteristicilor motoarelor cu aprindere prin
scînteie, alimentate cu amestecuri etanol-benzină. În: Culegere “Tehnologii şi mijloace
tehnice pentru agricultură”. Chişinău: Tipografia Centrală, 2008, p. 119-135. ISBN 978-
9975-78-521-1.
41
41. Hăbăşescu I., Cerempei V. Studiul caracteristicilor de reglare a motorului,
alimentat cu amestecuri etanol-benzină. În: Culegere “Tehnologii şi mijloace tehnice
pentru agricultură”. Chişinău: Tipografia Centrală, 2008, p. 135-151. ISBN 978-9975-
78-521-1.
42. Хэбэшеску И., Райков В., Черемпей В.Обоснование технологической схемы
и рабочих параметров комбайна для уборки силосных культур. În: Culegere
“Tehnologii şi mijloace tehnice pentru agricultură”. Chişinău: Tipografia Centrală, 2008,
p.261-270. ISBN 978-9975-78-521-1.
43. Hăbăşescu I., Cerempei V., Balaban N., Molotcov Iu., Raicov V. Biomasa în
Republica Moldova: potenţialul energetic, tehnologii şi mijloace tehnice de valorificare
a potenţialului energetic. În: Culegere „Tehnologii şi mijloace tehnice pentru
agricultură”. Chişinău: Bons Offices, 2011. p. 52-74. ISBN 978-9975-80-531-5.
44. Povar I., Lupaşcu T., Cerempei V. ş.a. Development of the optimal compositions
of biofuel mixtures by physicochemical modeling. In:Book of Abstracts of International
Conference “Renewable Wood and Plant Resources: Chemistry, Technology,
Pharmacology, Medicine”, Sankt-Petersburg, Rusia, 2011, p.170.
45. Povar I., Cerempei V. ş.a. Physico-chemical model for assessing biofuel mixture
proprieties. In: Book of Abstracts. 4th PROMITEAS International Scientific Conference:
“Energy and Climate Change”, Athens, Greece, 2011. p. 97.
46. Povar I., Lupaşcu T., Cerempei, V. ş.a. Physico-chemical approach for evaluating
biofuel blend properties. In: Abstract of the International Symposium “The environment
and industry”. Bucharest, 16-18 November 2011. p. 99-100.
47. Hăbăşescu I., CerempeiV., DeleuV.Energia din biomasă: starea şi perspective de
utilizare. Informaţie expres. Chişinău: INEI, 2004, 10 p. CZU 620.95
48. Hăbăşescu I., Cerempei V., Novorojdin D., Golomoz A. Potenţialul utilizării
combustibililor de origine vegetală pentru transportul auto. Informaţie expres. Chişinău:
INEI, 2004. 13 p. CZU 662.7
49. Скляр П.А, Побединский В.М., Хэбэшеску И.Ф.,Черемпей В.А., Мельник Ю.
Технология и оборудование производства энергоносителей из биомассы. Informaţie
de sinteză, Chişinău: INEI, 2005, 60 p.
Brevete de invenţie
50. Brevet de invenţie. 3859 F1, MD, B 01 F 7/00, B 01 F 11/02. Dispozitiv de
omogenizare şi dispersare cavitaţională a amestecurilor lichide / Ion Hăbăşescu, Valerian
Cerempei, Lilea Sîsoeva (MD). Cererea depusă 23.04.2007, BOPI nr 3/2009.
51. Brevet de invenţie. 3649 F1, MD, B 01 F 7/10. Dispozitiv pentru prelucrarea
cavitaţională a lichidelor / Ion Hăbăşescu, Valerian Cerempei, Lilea Sîsoeva, Iurii
Molotcov, Denis Ruschih (MD). Cererea depusă 07.05.2007,BOPI nr.7/2008.
52. Brevet de invenţie. 3748 F1, MD, B 01 F 3/00, B 01 F 3/08, B 01 F 11/02.
Dispersor de lichide / Ion Hăbăşescu, Anatolie Golomoz, Valerian Cerempei (MD).
Cererea depusă 03.08.2007, BOPI nr 11/2008.
53. Brevet de invenţie de scurtă durată. 209 Y, MD, M 30 B 9/20. Presă cu valţuri
pentru extragerea mustului din tulpini de sorg zaharat / Ion Hăbăşescu, Valerian
Cerempei, Nicolae Balaban, Elena Stroiescu (MD). Cererea depusă 30.12.2009, BOPI nr
5/2010.
42
54. Brevet de invenţie de scurtă durată. 184 Y, MD, B 02 C 18/08, B 02 C 18/10, B 02
C 18/18, B 02 C 18/22. Concasor vertical / Ion Hăbăşescu, Valerian Cerempei, Mihail
Agarcov, Nicolae Balaban (MD). Cererea depusă 02.02.2010, BOPI nr.9/2010.
55. Brevet de invenţie de scurtă durată. 363 Y , MD, F 04 B 13/02, B 01 F 15/04, F 02
M 37/04. Dispozitiv pentru dozarea şi amestecarea lichidelor / Ion Hăbăşescu, Valerian
Cerempei, Iurii Molotcov (MD). Cererea depusă 21.10.2010, BOPI nr 4/2011.
56. Brevet de invenţie de scurtă durată. 411 Y, MD, G 01 F 11/00, G 01 F 11/02, G 01
F 13/00. Instalaţie de dozare continuă a lichidului (variante) / Ion Hăbăşescu, Valerian
Cerempei, Iurii Molotcov (MD). Cererea depusă 21.10.2010, BOPI nr 8/2011.
57. Brevet de invenţie de scurtă durată. 355 Y, MD, A 01 D 45/00, A 01 D 45/02.
Combina pentru tăierea şi mărunţirea paniculelor plantelor cu tulpini înalte / Ion
Hăbăşescu, Valerian Cerempei, Nicolae Balaban, Victor Raicov (MD). Cererea depusă
22.12.2010, BOPI nr 4/2011.
58. Brevet de invenţie de scurtă durată. 382 Y, MD, A 01 D 61/00, A 01 D 45/00, A
01 D 45/10, A 01 D 43/06. Aparat de alimentare a combinei pentru recoltarea plantelor
cu tulpini groase / Ion Hăbăşescu, Valerian Cerempei, Nicolae Balaban, Victor Raicov,
Iurii Molotcov (MD). Cererea depusă 22.12.2010, BOPI nr 6/2011.
59. Brevet de invenţie de scurtă durată. 395 Y, MD, A 01 D 34/13, A 01 D 34/44, A
01 D 34/63, A 01 D 45/00. Secerătoare pentru recoltarea culturilor cu tulpini groase / Ion
Hăbăşescu, Valerian Cerempei, Nicolae Balaban, Victor Raicov (MD). Cererea depusă
22.12.2010, BOPI nr 7/2011.
60. Brevet de invenţie de scurtă durată, 765 Y, MD, G 01 F 13/00, G 01 F 15/02.
Instalaţie şi procedeu de dozare continuă a lichidului / Ion Hăbăşescu, Valerian
Cerempei, Iurii Molotcov (MD). Cererea depusă 09.09.2013, BOPI nr 4/2014.
61. Brevet de invenţie de scurtă durată, 802 Z, MD, A01D 45/00, A01D 75/18.
Extractor de tulpini pentru secerătoarea cu rotor / Ion Hăbăşescu, Valerian Cerempei,
Balaban Nicolae, Raicov Victor (MD). Cererea depusă 01.15.2014, BOPI nr. 8/2014.
43
ADNOTARE
Autor – Cerempei Valerian. Titlul - Tehnologia şi mijloacele tehnice de producere
şi utilizare a biocombustibililor în baza alcoolilor monoatomici. Teză de doctor habilitat
în tehnică, Chişinău, 2016. Lucrarea este compusă din introducere, 6 capitole, concluzii
generale şi recomandări, bibliografie din 217 titluri, 89 anexe, 229 pagini (până la
bibliografie), 84 figuri, 29 tabele. Rezultatele obţinute sunt publicate în 99 lucrări
ştiinţifice.
Cuvinte cheie: Tehnologie, Mijloace tehnice, Recoltare, Procesare, Sorg zaharat,
Etanol, Butanol, Dozare, Ecobenzină, Motoare cu aprindere prin scânteie.
Domeniul de studiu – tehnică. Scopul tezei este valorificarea complexă şi eficientă
a potenţialului energetic provenit din biomasă prin elaborarea tehnologiei şi mijloacelor
tehnice de producere şi utilizare a biocombustibililor în baza alcoolilor monoatomici.
Obiectivele tezei: analiza stadiului actual privind producerea şi utilizarea alcoolilor
monoatomici pentru alimentarea MAS; elaborarea tehnologiei şi mijloacelor tehnice
pentru recoltarea şi procesarea sorgului zaharat; argumentarea tehnico-experimentală a
constituţiei ecobenzinelor; cercetarea calităţii mijloacelor tehnice elaborate şi a
motoarelor alimentate cu biocombustibili; estimarea efectelor economice şi elaborarea
recomandărilor practice.
Noutatea şi originalitatea ştiinţifică constă în: elaborarea unor modele fizice şi
matematice originale, care descriu adecvat funcţionarea vindroverelor de tip rotor, a
preselor cu valţuri, instalaţiilor de dozare a componentelor biocombustibililor lichizi şi a
MAS alimentate cu amestecuri alcool monoatomic-benzină; argumentarea experimentală
a compoziţiei biocombustibililor care asigură condiţii optime de combustie; soluţii
tehnice noi referitoare la recoltarea şi procesarea sorgului zaharat, prepararea
amestecurilor combustibile care sunt protejate cu 21 brevete de invenţie.
Semnificaţia teoretică constă în elaborarea metodologiei de cercetare complexă
referitoare la: valorificarea potenţialului energetic de biomasă în baza modelelor fizice şi
matematice; descrierea funcţionării organelor de lucru în timpul recoltării şi procesării
masei vegetale folosite pentru stoarcerea sucului crud, a dozării componentelor lichide
ale amestecurilor alcool-benzină şi a combustiei acestora în MAS.
Valoarea aplicativă este identificată de: soluţii tehnice argumentate ştiinţific şi
utilizate în procesul elaborării, confecţionării, încercării mostrelor experimentale ale
combinei de recoltat şi a liniei tehnologice de procesat sorg zaharat şi ale instalaţiilor de
preparare a biocombustibililor lichizi; o monografie, prescripţii tehnice, trei standarde de
firmă şi multiple recomandări practice elaborate în baza datelor din această lucrare.
44
АННОТАЦИЯ
Автор – Черемпей Валериан Алексеевич. Название –Технология и
технические средства для производства и применения биотоплив на основе
одноатомных спиртов. Диссертация на соискание ученой степени доктора
хабилитат технических наук, Кишинэу, 2016 г. Работа состоит из введения, 6 глав,
общих выводов и рекомендаций, 217 источников литературы, 89 приложений, 229
страниц (до литературы), 84 фигур, 29 таблиц. Полученные результаты
опубликованы в 99 научных работах.
Ключевые слова: Технология, Технические средства, Уборка, Переработка,
Сахарное сорго, Этанол, Бутанол, Дозировaние, Экобензин, Двигатели с
воспламенением от искры ДВИ.
Область исследования – техника. Цель диссертации- комплексное и
эффективное освоение энергетического потенциала, полученного из биомассы,
путем разработки технологии и технических средств для производства и
применения биотоплив на основе одноатомных спиртов. Задачи диссертации:
анализ текущего состояния в области производства и применения одноатомных
спиртов для питания ДВИ; разработка технологии и технических средств для
уборки и переработки сахарного сорго; технико-экспериментальное обоснование
состава смесей одноатомных спиртов с бензином; исследование в лабораторных и
эксплуатационных условиях качества разработанных технических средств и
двигателей, питаемых биотопливами; оценка экономического эффекта и
разработка практических рекомендаций по освоению полученных результатов.
Новизна и научная оригинальность состоит в: разработке новых
оригинальных физико-математических моделей, адекватно описывающих работу
жаток роторного типа, валъцевых прессов, установок для дозирования
компонентов жидких биотоплив и ДВИ, питаемых смесями одноатомных спиртов
с бензином, обосновании состава биотоплив, обеспечивающего оптимальные
условия их сгорания; новых технических решениях, относящихся к уборке и
переработке сахарного сорго, приготовлению топливных смесей и защищенных
21 патентами на изобретение.
Теоретическая значимость состоит в разработке методологии
комплексного исследования в областях: освоение энергетического потенциала
биомассы на основе физико-математических моделей; описание работы рабочих
органов при уборке и переработке растительной массы, используемой для
получения сусла; дозирование жидких компонентов смесей спиртов с бензином и
их сгорание в ДВИ.
Прикладная ценность обеспечена: научно обоснованными техническими
решениями, использованными при разработке, изготовлении, испытаниях опытных
образцов комбайна для уборки и технологической линии для переработки
сахарного сорго, установок для приготовления жидких биотоплив; 1 монографией,
техническими условиями, 3 стандартами фирмы и множеством практических
рекомендации, разработанных на основании данных из настоящей работы.
45
ANNOTATION
Author – Cerempei Valerian. Title – Technology and technical means of production
and using of biofuels based on monatomic alcohols. Thesis of PhD in technique, Chisinau,
2016. The work consists of introduction, 6 chapters, conclusions and recommendations,
bibliography of 217 titles, annexes 89, 229 pages (up to bibliography), figures 84, 29
tables. The results obtained are published in 99 scientific works.
Keywords: Technology, Technical means, Harvesting, Processing, Sweet
sorghum, Ethanol, Butanol, Dosage, Eco-gasoline, Spark ignition engines.
Field of study – technique. The thesis purpose is comprehensive and efficent
exploitation of biomass energy potential by developing technology and technical means
of production and using of biofuels based on monatomic alcohols. Thesis objectives:
analysis of the current state according to the production and using monatomic alcohols
to supply SI engines; technology development and technical means for harvesting and
processing of the sweet sorghum; technical-experimental argument of eco-gasoline
constitution; quality research of elaborated technical means and engines powered by
biofuels; estimating the economical effects and development the practical
recommendations.
Scientific novelty and originality consists of: developing of some original
mathematical and physical models, which adequately describe the function of vindrover
of rotor type, the roller presses, installations of dosage of liquid biofuels components and
MAS fueled with monatomic alcohol petrol mixtures; experimental argumentation of
biofuels composition that ensures the optimal condition of the burning of the fuel; new
technical solutions for harvesting and processing of sweet sorghum, preparation of
fueled mixtures that are protected with 21 Patents.
Theoretical value consist in methodology developing of complex research
referring to: exploitation of biomass energy potential based on physical and
mathematical models; description the officials working bodies during harvesting and
processing the vegetable mass used for juice squeezing, the dosing liquid components
of alcohol-gasoline mixtures and their combustion in SI engines.
The practical value is identified: scientifically and technical solutions used in the
design and used in the elaboration process, manufacture, testing the experimental
samples of combine harvester and technological lines of process the sweet sorghum
and facilities for the preparation of the liquid biofuels; a monography, technical
prescription, three company standards and developed practical recommendations based
on the data from this work.
46
CEREMPEI VALERIAN
TEHNOLOGIA ȘI MIJLOACELE TEHNICE
DE PRODUCERE ȘI UTILIZARE A BIOCOMBUSTIBILILOR ÎN BAZA ALCOOLILOR
MONOATOMICI
255.01 - Tehnologii și mijloace tehnice în agricultură și dezvoltarea rurală
Autoreferatul tezei de doctor habilitat în tehnică
_____________________________________________________________________________
Bun de tipar Formatul hârtiei 60x84 1/16
Hârtie ofset. Tipar RISO. Tirajul 75 ex.
Coli de tipar Comanda nr.
_____________________________________________________________________________